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關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩降低三維冗余的平面機(jī)械手
1.研究中心在吉隆坡50603馬來西亞大學(xué)應(yīng)用電子科，馬來西亞;電子郵件:mahmoud@um.edu.my。
2.電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,德黑蘭大學(xué),郵政信箱14399 - 57131。
3.電氣與電子工程系：馬來西亞諾丁漢大學(xué),道路Broga,Semenyih43500；馬來西亞;電子郵件:haider.abbas@nottingham.edu.my。
摘要
研究機(jī)器人機(jī)械手關(guān)節(jié)力矩的還原已經(jīng)受到近年來相當(dāng)多的關(guān)注。其可以減少計(jì)算復(fù)雜度的扭矩，優(yōu)化計(jì)算能力的大小使關(guān)節(jié)力矩準(zhǔn)確地將結(jié)果體現(xiàn)在在一個(gè)安全的操作,沒有超載的聯(lián)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本文提出：機(jī)械設(shè)計(jì)的三維平面冗余機(jī)械手，利用數(shù)目的減少確定需要控制關(guān)節(jié)角，領(lǐng)先在機(jī)械手的重量的減少。 許多的努力都集中在減少機(jī)械手的重量,如使用輕量級(jí)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)或設(shè)置執(zhí)行器在機(jī)械手的基礎(chǔ)和使用肌腱的動(dòng)力傳遞到這些關(guān)節(jié)。通過本文的設(shè)計(jì)，只有三個(gè)電動(dòng)機(jī)需要控制任何n度自由在一個(gè)三維平面冗余機(jī)械手臂代替n電機(jī)自由。因此，這個(gè)設(shè)計(jì)是為了減少機(jī)器人的重量以及一些非常有效的需要控制的機(jī)械手電機(jī)。在本文中，所有的關(guān)節(jié)力矩提出了計(jì)算該機(jī)械手（三個(gè)馬達(dá)）和傳統(tǒng)的三維平面機(jī)械手（有一個(gè)電機(jī)，每個(gè)自由度）來顯示，機(jī)械手的有效性提出減少的重量和機(jī)械手驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)磨損最小化。
關(guān)鍵詞：冗余機(jī)械手;動(dòng)力學(xué);機(jī)器人;旋轉(zhuǎn)編碼器;減少關(guān)節(jié)磨損
1 介紹
從理論上講，對(duì)于一個(gè)機(jī)器人機(jī)械手的結(jié)構(gòu)可以安裝在每個(gè)環(huán)節(jié)通過減速器驅(qū)動(dòng)下一個(gè)鏈接，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)和減速器安裝在末端成為負(fù)載執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在近端結(jié)束的機(jī)械手,導(dǎo)致一個(gè)笨重的超重系統(tǒng)[1]。為了減輕重量和機(jī)器人慣性，到目前為止，機(jī)制已經(jīng)提出去除重量的限制。一些報(bào)道[2，3]包括：
（一）輕量級(jí)聯(lián)合設(shè)計(jì)基于一個(gè)特殊的旋轉(zhuǎn)接頭(4 - 6)
（二）在一個(gè)滑塊底部承受盡可能多的所需驅(qū)動(dòng)力[7]
（三）并行機(jī)制是另一種方法來減少質(zhì)量和慣性的機(jī)械手[8] 一個(gè)典型的機(jī)并聯(lián)械手是由一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)與固定座連接，一般說,自由度的數(shù)目與并聯(lián)機(jī)械手的四肢的數(shù)量相等。該驅(qū)動(dòng)器通常是安裝在基地附近,這有助于減少機(jī)器人的慣性。
（四）濃度的致動(dòng)器在每個(gè)接頭的基礎(chǔ)和動(dòng)力傳輸通過肌鍵的一個(gè)特殊的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[2、3、9]。這種機(jī)制允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)是位于遠(yuǎn)程操作器上的基地,使機(jī)械手做的更輕和緊湊。
對(duì)于一系列機(jī)械手,直接運(yùn)動(dòng)學(xué)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的,而逆運(yùn)動(dòng)學(xué)變得非常困難。參考[10]提出了一種融合智能傳感器網(wǎng)絡(luò)估計(jì)了工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué),同時(shí)參考[11]措施范圍的數(shù)據(jù)關(guān)于機(jī)器人基礎(chǔ)構(gòu)架使用機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)和光學(xué)三角測(cè)量原理。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題是更有趣的是和它的解決方案是更有用的,但是遇到的問題之一逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是當(dāng)機(jī)械手是冗余的,預(yù)計(jì)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)有無窮多組解。這意味著,對(duì)于一個(gè)給定位置的機(jī)械手的端部執(zhí)行器,就有可能誘發(fā)一個(gè)自動(dòng)的結(jié)構(gòu)而不改變位置的端部執(zhí)行器。在本文中,我們依靠我們現(xiàn)有的作品[12,13],提出一個(gè)新的方法來解決—三元的平面冗余機(jī)械手臂的多解問題。由于本文闡述了機(jī)械手的動(dòng)態(tài)而不是他的運(yùn)動(dòng)學(xué)，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法將無法解釋這里。關(guān)于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余機(jī)械手的更多細(xì)節(jié),我們的作品[14]可以檢查。
這是前面提到的,該機(jī)械手可以用來減少的重量，機(jī)械手收益率下降用于控制機(jī)械手的電機(jī)。在降低動(dòng)電動(dòng)機(jī)的反力矩上顯示了該機(jī)械手的有效性，對(duì)動(dòng)態(tài)的機(jī)械手進(jìn)行了數(shù)學(xué)計(jì)算。逆動(dòng)態(tài)模型提供了在術(shù)語的關(guān)節(jié)磨損的關(guān)節(jié)位置、速度和加速度。為機(jī)器人設(shè)計(jì),逆動(dòng)態(tài)模型是用來計(jì)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩,以獲得所需的運(yùn)動(dòng)[17]。幾種方法已經(jīng)提出的動(dòng)力學(xué)模型。最常用于機(jī)器人的拉格朗日公式和牛頓歐拉公式。由于拉格朗日公式在概念上很簡(jiǎn)單,系統(tǒng)[18],它被用在這里。拉格朗日公式提供了一個(gè)描述聯(lián)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系力量和運(yùn)動(dòng)的機(jī)制,在系統(tǒng)里從根本上操作動(dòng)能和勢(shì)能。
本文的工作是基于先前的工作[14],呈現(xiàn)了一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)一個(gè)三維平面冗余機(jī)械手,保證減少重量的機(jī)械手通過減少需要控制汽車的數(shù)量的機(jī)械手。因?yàn)槟孢\(yùn)動(dòng)學(xué)模型提供了一個(gè)無限數(shù)量的解決方案為冗余機(jī)械手,因此,二次性能標(biāo)準(zhǔn)可以優(yōu)化[17],如避免奇異構(gòu)型和最小化驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩。參考[14]研究了本文的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和顯示在細(xì)節(jié)能夠避免奇異的配置能力?？刹倏v性指數(shù)數(shù)值和可操縱性橢圓體的機(jī)械手是由索引值的可操縱性和彪馬的可操縱性橢圓體手臂顯示使用的有效性提出了機(jī)械手,以避免奇異機(jī)械手。在本文中,對(duì)機(jī)械手的動(dòng)力學(xué),進(jìn)行了詳細(xì)解釋。這個(gè)工作的貢獻(xiàn)是解釋該機(jī)械手的關(guān)節(jié)力矩極小化的能力。研究了該鏈接和電機(jī)的質(zhì)量分布(三個(gè)馬達(dá))和傳統(tǒng)的機(jī)械手(汽車)。驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)磨損研究提出的機(jī)械手各關(guān)節(jié)和結(jié)果，與傳統(tǒng)的機(jī)械手結(jié)果比較表明該機(jī)械手的有效性的最小化為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)磨損。
2 機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)
控制運(yùn)動(dòng)圖1顯示的機(jī)械手的末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)（一）,所有的汽車機(jī)械手應(yīng)受控制。例如,控制五個(gè)環(huán)節(jié)平面冗余機(jī)械手能夠旋轉(zhuǎn)整個(gè)機(jī)械手在其垂直軸的能力,六個(gè)馬達(dá)(五發(fā)動(dòng)機(jī)各關(guān)節(jié)角和一個(gè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)整個(gè)機(jī)械手在其垂直軸)應(yīng)該控制的機(jī)械手。使用該方法的論文[12,13],配置的機(jī)械手將有三個(gè)角度控制代替n角度。圖1(b)顯示了配置機(jī)械手在只有三個(gè)角度時(shí),需要控制。
因?yàn)槟┒丝梢宰裱魏蜗胍穆窂酵ㄟ^控制三個(gè)角度(θ1,θ2和θ3),因此,不使用電動(dòng)機(jī)為每個(gè)關(guān)節(jié)角,三個(gè)汽車可以用于的控制機(jī)械手。這意味著對(duì)于任何數(shù)量的自由度三維平面冗余的權(quán)重,鏈接的重量將會(huì)明顯降低使用提出的設(shè)計(jì)。讓能夠移動(dòng)的機(jī)械手在三維工作空間,一個(gè)馬達(dá)控制的價(jià)值的θ意味著控制整個(gè)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)圍繞垂直軸。這個(gè)電機(jī)坐落在這樣旋轉(zhuǎn)底部的機(jī)械手在z軸 。第二個(gè)電動(dòng)機(jī)控制θ2的值,這意味著整個(gè)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)與它的配置。這個(gè)電動(dòng)機(jī)位于該基地。第三個(gè)電動(dòng)機(jī)控制θ3的價(jià)值,這種電動(dòng)機(jī)位于第一個(gè)鏈接。 這種電動(dòng)機(jī)將旋轉(zhuǎn)臂的第二個(gè)鏈接關(guān)于第二軸,因?yàn)樗械南乱粋€(gè)鏈接應(yīng)該對(duì)他們的軸旋轉(zhuǎn)相同的角θ3。因此,沒有必要使用電動(dòng)機(jī)為每個(gè)關(guān)節(jié)角,但第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)將被轉(zhuǎn)移到下一個(gè)關(guān)節(jié)使用齒輪箱。圖2顯示了該機(jī)械手的機(jī)構(gòu)。
圖1 (一)三維平面冗余機(jī)械手配置;(b)三維平面冗余機(jī)械手配置使用方法[12,13]。
圖2 用于實(shí)驗(yàn)的機(jī)械手[14]。草案操縱者利用SolidWorks軟件(左)。機(jī)械設(shè)計(jì)的機(jī)械手(右)。
進(jìn)一步闡述,第二馬達(dá)連接到第一個(gè)鏈接使用一個(gè)蝸輪控制角θ2。圖3顯示了第二電動(dòng)機(jī)的位置。
圖3 第二個(gè)關(guān)節(jié)角的設(shè)計(jì)(第一個(gè)鏈接與第二電動(dòng)機(jī))[14]。利用SolidWorks軟件的二關(guān)節(jié)節(jié)角草案(左)。第二個(gè)關(guān)節(jié)角的機(jī)械設(shè)計(jì)(右)。
第三個(gè)馬達(dá)連接到第二個(gè)鏈接使用一個(gè)蝸輪因?yàn)橥瑯拥脑蚴鞘褂玫谝粋€(gè)鏈接。 控制第三汽車意味著控制角之間的第一個(gè)和第二個(gè)鏈接即鏈接。,θ3角度。圖4顯示了第三電動(dòng)機(jī)的位置。
圖4 第三關(guān)節(jié)角機(jī)械手的設(shè)計(jì)(第二個(gè)鏈接與第三電動(dòng)機(jī))[14]。草案第三關(guān)節(jié)角利用SolidWorks軟件(左上角)。利用SolidWorks軟件對(duì)整個(gè)機(jī)械手的草案(右上)。第三個(gè)關(guān)節(jié)角度的機(jī)械設(shè)計(jì)(底部)。
第三連桿的機(jī)構(gòu)，如圖5所示。相同的機(jī)制的第二個(gè)鏈接使用;唯一的區(qū)別是,而不是使用年代蠕蟲作為驅(qū)動(dòng)的齒輪為驅(qū)動(dòng),使用兩個(gè)錐齒輪。第三連桿的相同機(jī)制可用于下一個(gè)鏈接。最后的鏈接有機(jī)制如圖6所示。為進(jìn)一步的細(xì)節(jié)的機(jī)械設(shè)計(jì)的機(jī)械手,我們參考[14]可以檢查。
圖5 第四關(guān)節(jié)的角度設(shè)計(jì)（第三個(gè)鏈接）的機(jī)械手[14]。草案第四關(guān)節(jié)角利用SolidWorks軟件(左上角) 。草案整個(gè)機(jī)械手利用SolidWorks軟件(右上)。機(jī)械設(shè)計(jì)的第四關(guān)節(jié)角(底部)。
圖6 機(jī)械手的上接頭。
確保所有的鏈接而運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)角,錐齒輪之間的比例每個(gè)行星齒輪應(yīng)該等于一。這意味著錐齒輪的每個(gè)行星齒輪應(yīng)該有相同的直徑和數(shù)量的牙齒。如果這手臂是固定的,我們得到:
(1)
在威斯康星州齒輪角速度和Nis齒輪的齒數(shù)。在我們的機(jī)械手,它是指出,第一個(gè)齒輪是固定而另一個(gè)齒輪和旋轉(zhuǎn)臂。它是理想的,手臂和第二齒輪具有相同的角速度。因?yàn)槭直鄄皇庆o止不動(dòng)的,然后我們不能使用前面的方程。即。機(jī)制不是一個(gè)ordinarygear火車,但行星齒輪火車。把這個(gè)行星輪系普通齒輪系,假設(shè):
(2)
(3)
因?yàn)榈诙€(gè)齒輪將繼續(xù)與相同的角速度旋轉(zhuǎn),然后:
(4)
現(xiàn)在,方程(1)可以改寫如下:
為我們的機(jī)械手需要移動(dòng)胳膊和第二齒輪同樣的角速度w這意味著:
使機(jī)械手能夠在一個(gè)三維工作空間時(shí),電動(dòng)機(jī)添加到機(jī)械手的基礎(chǔ),使整個(gè)機(jī)械手對(duì)周圍旋轉(zhuǎn)z軸。該電動(dòng)機(jī)控制θ1。圖7顯示了第一個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)制。
圖7。第一個(gè)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。
變換矩陣的計(jì)算機(jī)械手,機(jī)械手的草案中所示圖8中,使用。相應(yīng)的鏈接參數(shù)顯示機(jī)械手inTable 1。l1,l2,…,l5are鏈接的長(zhǎng)度,而d1is起源和效應(yīng)器之間的偏移量。
圖8。在實(shí)驗(yàn)中使用的操縱者。
表1。機(jī)械手的鏈接參數(shù)。
從鏈接參數(shù)表1所示,用方程(7)定義轉(zhuǎn)換矩陣Tfor鏈接[1],我們計(jì)算每個(gè)鏈接的個(gè)人轉(zhuǎn)換:
在哪里
最后我們獲得所有六個(gè)鏈接的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換:
3。機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)
在本節(jié)中,計(jì)算每個(gè)關(guān)節(jié)的力矩。顯示建議的有效性操縱者,聯(lián)合扭矩計(jì)算使用該機(jī)械手(僅使用三個(gè)汽車)和傳統(tǒng)的操縱者(每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng))。
讓我們假設(shè),具體每個(gè)鏈接的重心是在其幾何中心。為機(jī)械手用于我們的實(shí)驗(yàn)中,鏈接的質(zhì)量沒有汽車一樣:ml1中引入= 760通用,ml2 = 720通用、ml3開始= 680通用汽車、通用ml4 = 640,最后ml5 = 600通用,這些質(zhì)量計(jì)算機(jī)械手withl1 = 19厘米,l2 = 18厘米,l3 = 17厘米,l4 = 16厘米,l5 = 15厘米和d2 = 21厘米。
每個(gè)電機(jī)的質(zhì)量1500通用;機(jī)械手的設(shè)計(jì),第一個(gè)電機(jī)和第二電機(jī)王河的基礎(chǔ),而不是自己的鏈接。因此,對(duì)于我們的機(jī)械手,第一個(gè)鏈接的質(zhì)量將等于該鏈接的質(zhì)量(760通用)plusthe電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量通用汽車(1500)控制下一個(gè)鏈接。因?yàn)闆]有更多的汽車,鏈接的質(zhì)量將會(huì)是:m1 = 2260通用、m2 = 720通用,m3 = 680通用、m4 = 640通用汽車、通用汽車和m5 = 600。圖9(一個(gè))顯示質(zhì)量每個(gè)鏈接的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械手的設(shè)計(jì)。
圖9。大規(guī)模的位置(a)擬議中的機(jī)械手;(b)傳統(tǒng)的機(jī)械手。
傳統(tǒng)的三維平面機(jī)械手為每個(gè)鏈接)(一個(gè)電動(dòng)機(jī),的質(zhì)量第一個(gè)鏈接將等于鏈接本身的質(zhì)量以及電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量控制第二個(gè)鏈接位置,即。760 + 1500通用。
第二個(gè)鏈接的質(zhì)量等于鏈接本身的質(zhì)量加上電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量控制第三鏈接的位置,即720 + 1500通用。第三個(gè)鏈接的質(zhì)量將等于第三個(gè)鏈接的質(zhì)量以及電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量控制第四個(gè)鏈接的位置,也就是說,680 + 1500通用?！〉谒膫€(gè)鏈接的質(zhì)量等于質(zhì)量的第四個(gè)鏈接的質(zhì)量電機(jī)控制第五鏈接的位置,即。640 + 1500通用,而去年鏈接的質(zhì)量鏈接的質(zhì)量相當(dāng)于itselfbecause沒有更多的汽車,即。600通用。圖9(b)顯示了每個(gè)鏈接的質(zhì)量與五個(gè)汽車使用機(jī)械手,在表2顯示的質(zhì)量的價(jià)值鏈接使用機(jī)械手與5個(gè)鏈接兩個(gè)馬達(dá)和操縱者。
表2。鏈接的質(zhì)量提出了和傳統(tǒng)的操縱者。
很明顯指出該方法可以用來減少機(jī)械手的重量。減少的重量會(huì)導(dǎo)致減少每個(gè)鏈接的扭矩。下一節(jié)將展示結(jié)果時(shí)各關(guān)節(jié)力矩的end-effectoris后所需的路徑。使用拉格朗日制定、機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程是
從i=1，2……6.
這個(gè)方程的第一任期的慣性力量,第二部分代表科里奧利和離心力,第三個(gè)術(shù)語給出了引力作用[1、20、21]。動(dòng)力學(xué)方程的討論了機(jī)械手indetails附錄。
如圖所示的動(dòng)力學(xué)方程,增加weightof汽車會(huì)增加所需的扭矩控制機(jī)械手。為了降低汽車重量的慣性的影響使用機(jī)械手,并聯(lián)機(jī)構(gòu),如前所述。例如在參考[22]并聯(lián)機(jī)械手是由三個(gè)的伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng),這有助于減少位于基地操縱者的慣性。文獻(xiàn)[23]顯示另一種減少汽車的影響慣性權(quán)重的操縱者。這個(gè)引用顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的配置設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)只有三個(gè)關(guān)節(jié)包括:兩個(gè)肩膀和一個(gè)手。在本設(shè)計(jì)的時(shí)刻慣性的手臂是恒定的,獨(dú)立于關(guān)節(jié)角度。為我們的機(jī)械手相比,我們從方程A21-A25轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值依賴于關(guān)節(jié)角度。
4。仿真結(jié)果
本節(jié)顯示了該機(jī)械手使用有效性時(shí)需要使用效應(yīng)器遵循所需的路徑。這部分有兩個(gè)例子。第一個(gè)例子計(jì)算扭矩使用機(jī)械手(提出一個(gè)和傳統(tǒng)三維平面機(jī)械手),展示了如何有效的提議的機(jī)械手是在減少的轉(zhuǎn)矩每個(gè)接頭需要移動(dòng)機(jī)械手?！眚?yàn)證它們之間的估計(jì)結(jié)果和比較,結(jié)果從機(jī)械手本身,第二個(gè)示例所示。這個(gè)例子顯示結(jié)果如果扭矩使用:(1)傳統(tǒng)的三維平面機(jī)械手定義所需的關(guān)節(jié)角度路徑,(2)擬議中的manipulatorwith聯(lián)合角度定義所需的路徑最后(3)該機(jī)械手的關(guān)節(jié)角度測(cè)量路徑時(shí)關(guān)節(jié)角度遵循所需的關(guān)節(jié)角度的道路。
案例一:
計(jì)算各關(guān)節(jié)的力矩的操縱者顯示使用的有效性該機(jī)械手減少扭矩情況聯(lián)合。使用相同的操縱者l =[15]17日,19日,18日16日t和d2 = 21,長(zhǎng)度都是厘米,聯(lián)合角度路徑定義為:
應(yīng)該記住,當(dāng)使用擬議的操縱者,θ3,θ4θ5θ6are平等。顯示的有效性提出了機(jī)械手在轉(zhuǎn)矩下降,圖10中顯示的值扭矩的第一個(gè)聯(lián)合使用機(jī)械手,該機(jī)械手(三個(gè)馬達(dá))和6汽車的操縱。
圖10。扭矩的值的第一個(gè)聯(lián)合使用兩個(gè)機(jī)械手。
圖11顯示了扭矩的值第二聯(lián)合使用機(jī)械手。
圖11。第二關(guān)節(jié)力矩的值使用機(jī)械手。
圖12顯示了absolutevalues第三關(guān)節(jié)的力矩,圖13顯示了絕對(duì)值的扭矩第四聯(lián)合使用兩個(gè)機(jī)械手。
圖12。第三關(guān)節(jié)力矩的值使用機(jī)械手。
圖13。第四關(guān)節(jié)力矩的值使用機(jī)械手。
圖14顯示了第五聯(lián)合最后的扭矩的扭矩圖15顯示了第六的聯(lián)合使用兩臂角度。
圖14。第五個(gè)關(guān)節(jié)力矩的值使用機(jī)械手。
圖15。扭矩的值第六的聯(lián)合使用兩個(gè)操縱者。
首先,它是指出,第六接頭的轉(zhuǎn)矩相同的值使用機(jī)械手因?yàn)榈诹溄酉嗤馁|(zhì)量的操縱者,換句話說第六的質(zhì)量鏈接只等于鏈接本身的質(zhì)量,因?yàn)樗粨碛腥魏伟l(fā)動(dòng)機(jī)。其次,該機(jī)械手如前所述,第三電動(dòng)機(jī)應(yīng)平衡轉(zhuǎn)矩的第三,第四,第五,第六。換句話說,第三電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩等于(T3 + T4 + T5 + T6)擬議的操縱者。圖16顯示了第三個(gè)電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該平衡的操縱者。從這個(gè)例子中,使用指出機(jī)械手不僅減少汽車的數(shù)量用于機(jī)械手,但alsodecreases力矩馬達(dá)的控制它。
圖16。第三電機(jī)扭矩的值使用機(jī)械手。
案例二:
應(yīng)用于機(jī)器人的軌跡在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中在本例中是:
圖17顯示了估計(jì)(白色),測(cè)量(紅色)角度,角速度,角面定義的第一關(guān)節(jié)角加速度。圖18顯示了估計(jì)(白色)和測(cè)量(紅色)角度、角速度和角加速度的第二關(guān)節(jié)角。
圖18。估計(jì)的值和測(cè)量角位置,速度和第二關(guān)節(jié)角加速度(白:估計(jì),紅色:測(cè)量)。
圖19顯示了估計(jì)(白色)和測(cè)量(紅色)角度,角速度和角第三關(guān)節(jié)角加速度的操縱者。它應(yīng)該記住再次使用提出了機(jī)械手、θ3θ4、θ5θ6are等于。
圖19。估計(jì)的值和測(cè)量角位置,速度和第三關(guān)節(jié)角加速度(白:估計(jì),紅色:測(cè)量)。
圖20 - 25顯示各關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩之間的比較:(1)的傳統(tǒng)三維平面機(jī)械手使用估計(jì)的聯(lián)合角度路徑;(2)擬議的操縱者使用估計(jì)的聯(lián)合角度路徑;最后使用測(cè)量(3)擬議的操縱者角位置、速度和加速度的機(jī)械手關(guān)節(jié)。
圖20。第一個(gè)關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖21。第二個(gè)關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖22。第三關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖23。第四關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖24。第五個(gè)關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖25。第六個(gè)關(guān)節(jié)角的轉(zhuǎn)矩。
圖26。第三個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,有一個(gè)很好的協(xié)議聯(lián)合角度提出的轉(zhuǎn)矩估計(jì)機(jī)械手使用聯(lián)合角度路徑(綠色)和關(guān)節(jié)角度測(cè)量路徑(紅色)。這些數(shù)據(jù)顯示,該機(jī)械手的有效性減少了轉(zhuǎn)矩的使用提出了機(jī)械手關(guān)節(jié)角度。
這些數(shù)據(jù)顯示,該機(jī)械手的有效性減少了轉(zhuǎn)矩的使用提出了機(jī)械手關(guān)節(jié)角度。圖26顯示,盡管這種電動(dòng)機(jī)(第三電動(dòng)機(jī))應(yīng)該平衡四個(gè)鏈接的扭矩,這種電動(dòng)機(jī)可以較小的大小(少)提出了機(jī)械手比第三電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的三維平面機(jī)械手。
5。結(jié)論
摘要提出了一種三維平面冗余機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)。從理論上講,每個(gè)自由度應(yīng)該有一個(gè)電動(dòng)機(jī)。然而,在這個(gè)設(shè)計(jì)只有三個(gè)汽車需要控制任何ndegrees自由三維平面冗余機(jī)械手?！∫虼?這種設(shè)計(jì)可以用來減少manipulatorsignificantly的重量。設(shè)計(jì)該機(jī)械手的步驟是詳細(xì)解釋。 動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算提出和傳統(tǒng)的三維平面機(jī)械手(nmotors)和從結(jié)果,得出結(jié)論,盡管該機(jī)械手lessmotors,這些汽車可能更小(指的是電源)比汽車使用與常規(guī)三維平面機(jī)械手。