柔索并联机器人与数控技术分析
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更新于2024-08-24
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“力学分析-机器人与数控”课程涵盖了动力学和静力学在机器人与数控技术中的应用。课程由刘宇主讲,主要内容包括新型柔索并联机器人系统的研究与开发、模糊控制MATLAB仿真实践、数控机床的开发实例以及课外作业。
在新型柔索并联机器人系统的研究与开发中,设计了一个由3台步进电机驱动3条柔索的结构,同时配备了一台力矩电机来控制操作杆的压力,以保持柔索的拉力在一定范围内。这种机器人的机构设计基于抽象的机构简图,其中3个移动副a、b、c的延长线交汇于一点P,并与杆轴PQ形成虎克副连接。每个移动副都连接到一个转动副,然后与固定平台上的虎克副相连。Q点通过虎克副-移动副穿过平台,而A、B、C位于正三角形的顶点,Q位于中点。
虎克铰,又称万向铰,允许两个构件有2个相对转动的自由度,相当于轴线相交的两个转动副。而球面副则允许两个构件有3个独立的相对转动自由度,可以绕x、y、z轴旋转。此外,虎克-移动副由3个构件组成,拥有3个自由度。
在自由度计算方面,使用了Kutzbach-Grubler公式来确定空间机构的自由度。该公式涉及总构件数n、运动副数g以及每个运动副的自由度之和。在案例中,机构总共有12个构件,14个运动副,通过计算每个运动副的自由度,得出该机构具有3个自由度。这意味着操作杆PR的位置可以由3个参数确定,其位姿受到机构约束的影响。
柔索驱动的特点和优点主要体现在减少构件数量、简化机构以及通过力矩电机控制柔索拉力。一条柔索取代了传统移动副和转动副,减少了构件,取消了P点的3个虎克副。然而,为了维持适当拉力,需要在R点对杆PR施加力,这是一个重要的设计考虑因素。
在数控机床开发实例中,可能涉及到利用动力学和静力学原理进行机械设计优化,如运动控制、精度分析以及效率提升等。模糊控制MATLAB仿真是控制理论在机器人和数控系统中的应用,通过模拟和优化控制策略来提高系统的性能和稳定性。
本课程深入探讨了力学分析在机器人与数控领域的实践,包括机构设计、自由度计算、控制策略以及创新技术的应用,为理解现代机器人和数控系统的工作原理提供了坚实的基础。
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