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球坐标系机器人关节式机器人图 四种机器人示意

发布人: 澳门永利集团888贵宾厅网址 来源: 澳门永利集团888贵宾厅官网 发布时间: 2020-12-28 13:14

  球坐标系机器人关节式机器人图 四种机器人示意图如图 所示是几种工业机械臂的例子。 所示为直角坐标型机器人 这类机器人通常拥有较少度 且他们的度之间成直角关系。其主要构件一般是导轨滑块 丝杠驱动 这种机器人拥有高速高精度高可靠性。而正是由于结构的简单 决定了它有易于维修、制造和控制且适用于较恶

  球坐标系机器人关节式机器人图 四种机器人示意图如图 所示是几种工业机械臂的例子。 所示为直角坐标型机器人 这类机器人通常拥有较少度 且他们的度之间成直角关系。其主要构件一般是导轨滑块 丝杠驱动 这种机器人拥有高速高精度高可靠性。而正是由于结构的简单 决定了它有易于维修、制造和控制且适用于较恶劣的工作的优点。当然这也注定了其拥有工作空间较小、运动速度低、占地面积大、密封性不好的劣势。 所示为圆柱坐标系机器人 这类机械臂一般由两个转动副和两个移动副组成。转动关节负责确定机械手的平面 滑动关节可以调节臂长并调节手爪在竖直方向的。这种机械臂结构简单 容易控制 竖直方向使用较强的驱动方式也可以达到更好的驱动效果。针对于需要深入容器的内部进行工作的情况 它能够起到非常好的作用。当然 他的结构特点也注定了它有限的工作区间和难以密封防尘的难的问题。它的工作范围呈圆柱形状。 所示为球坐标系机器人。它是根据球坐标系制成 一般拥有和圆柱坐标系相似的度。一个移动副和两个转动副即可确定其末端手爪的空间 加于手爪上的转动最终确定其工作。相比于圆柱坐标系 它的近距离工作范围要大一点 难以密封防尘的问题也得到了改善 但是其结构也决定了它有难以控制和有工作死区的弱点。球坐标机器人的工作范围呈球缺状。 所示为关节式机器人。关节式机器人由几个臂部组成 每两臂组成的都是旋转关节 它的结构与人臂结构最为相似 是工业机器人中应用最为广泛的结构。通常度越多的机械臂会拥有更好的工作性能。生产中使用较多的为关节式的机械臂 这种机械臂由一系列连接在一起的连杆构成。齐次变换矩阵可以表示相邻连杆的坐标系的变换方式。对机械臂的各个关节点建立坐标系 章工业机械臂的精度分析数来描述关节间的关系。我们用和呸来描述一个连杆 和谚来描述相邻两杆的关系。其中为公共法线距离 为垂直于 所在平面内两轴的夹角 为两连杆的相对 为两连杆法线的夹角。则两连杆 之间的相对可以用四个齐次变换矩阵表示。每个关节的运动最后都可以用矩阵形式进行描述这一部分已经是十分成熟的理论 在这里就不再做过多的阐述 其中表示前一关节绕 轴旋转角度 表示前一关节沿 轴平移距离表示前一关节绕 轴旋转角度嘶一表示前一关节沿 轴平移距离口 。将上式乘开可得转换矩阵 对于由数个关节组成的工业机械臂将相邻关节的转换矩阵相乘 便可对其末端执行器和基座的关系进行描述 如果用来表示机械手爪和参考坐标系的相对关系 表示机械手爪和末端执行器的转换关系绘制运动传递关系如图 工业机械臂的运动传递关系那么末端执行器对参考坐标系的和方向可以表示为 混联码垛机器人误差模型的建立结构简介及建模思搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。现在使用的搬运机器人基本都是关节式的 由若干杆件连接而成 并在末端加装抓取装置 手爪 。通过手爪的更换便能对不同对象完成抓取动作。图 所示为常州先进制造技 章工业机械臂的精度分析术研究所自主研制的一混联搬运机器人它拥有四个度。其结构如下 底座上连一个转动的圆盘 此为腰部 腰部上最粗的杆件拥有较好的承重能力 与大臂相连的上部最长杆件为小臂小臂末端连接腕部 腕部相当于一连接件 用于连接用于抓取的手爪。腰部的转角可带动整个机器的转动 腕部的转角可调整手爪的角度。大臂和小臂的转角可调整臂部的俯仰和伸展 从而使末端手爪到达预定。另有连杆分别连在底座和腕部上 通过一三角盘固定在臂部 用于腕部法兰的水平状态。此机器人最大负载为 最大工作臂展为 混联码垛机器人结构简图图 混联码垛机器人结构简图 爪混联搬运机器人的结构简图如图 所示 通过转角和杠杆原理控制末端点的空间 虚线所示连杆的作用是保持手爪的方向为水平。其中 。腰部回转角臂部回转角分别为巩和以 腕部回转角为以。建立坐标系如图 所示 在底座建立初始坐标系 转动角度 后的坐标系为再乃毛 相对的 。在对机器人进行运动学分析时通常使用 矩阵来表示各杆件之间的传递。两杆之间可由四个参数 三个方向的位移。进行误差计算时角度变化很小 忽略二阶量 可得误差传递矩阵 根据此变换矩阵可以得到总的传递矩阵如下 模型建立写出误差传递矩阵如下以下式中的矽 表示转角的微小误差量 将以上各变换矩阵带入中各式 可解得误差传递矩阵 混联码垛机器人的精度分析精度预估四个臂杆的加工误差以及电机的转角误差是末端的主要来源。本机械臂中四根杆件长如表 所示 主要杆件长度杆件长度 根据 杆件公差杆件公差 每个电机的跟随误差为 度。设定到达目标需要的转角分别为 控制末端点的空间。控制末端转盘转动角度 在这里 主要对 进行分析。使用蒙特卡洛法模拟次尺寸误差和转角误差 得出末端点的偏移量 相对于理论坐标 如图 所示 末端点误差模拟图考虑加工过程中误差的随机性误差取值按照平均分布取得 度分析根据误差的作用原则对四个杆件的尺寸误差的度进行分析。假定每个尺寸误差单独作用 再通过模拟 得出每个误差造成的末端点的偏移。图 分别是彩么四个杆件长度的尺寸误差作用时所造成的总误差值。通过这些偏移量可以分析出各个尺寸的程度对后期进行精度分配提供了十分重要的理论依据。 的尺寸误差造成的末端偏移 的尺寸误差造成的末端偏移第 章工业机械臂的精度分析图 直观的展示了各个杆件造成的末端点偏移的方向和范围大小。末端坐标的理论为 求出各个参数作用时模拟点与理论点的偏差 杆件的误差影响系数由柱状图易见第三根杆对末端误差的影响最大 因此若需大幅提高机械臂工作精度 可优先考虑控制第三杆件的误差。忽略加工误差 寻找驱动角误差对工作精度的影响。由于驱动电机分别控制机械臂在 三个方向的空间转角 下面通过软件模拟出这几个转角误差对末端误差的影响。 方向的偏差图转角的误差分析图图 、三个方向的误差。图中黑色※为口的参数 红色 的参数蓝色 章工业机械臂的精度分析的参数。由图可以看出各个转角误差对坐标偏移的影响系数。在工业机械臂的工作过程中对误差进行反馈补偿时 可依照各自的影响系数进行补偿量的分配 以提高工作精度和补偿效率。 本章总结本章通过引言介绍了 的发展背景和重要性 提出了用蒙特卡洛法进行精度分析的可行性和优越性。然后介绍了蒙特卡洛法的来由、国内外发展现状和实现方法。尤其介绍了蒙特卡洛的原理和使用步骤 并举例说明。接着简述了工业机械臂的结构特征和其坐标系的建立 描述了用 参数法写出转换矩阵的方法并且建立了坐标转换的公式。随后 针对常州先进制造技术研究所自主研究的混联码垛机器人 进行了实例分析。首先对其工作原理和结构进行了简要的说明和解释 然后画出结构简图 建立各坐标系 然后写出建模思 尤其指出根据小误差模型的原理要在矩阵中加入转动项 并根据建模思建立误差模型。之后根据机械臂的尺寸参数和选定标准写出各个尺寸的初定公差 将这些公差加至各个尺寸上 限定模拟次数 使用对预定的动作进行模拟仿真。由此可得到 个末端偏移点 这样可以直观的对机械臂的精度进行预估 验证公差设计是否符合产品要求 最后 根据误差作用的原则 对各个公差进行单独分析 判定各个尺寸的误差和各个角度的偏差对总误差的影响系数 为公差综合和反馈补偿奠定了基础。第 章工业机械臂的精度综合第 章工业机械臂的精度综合 引言精度综合的目的是在满足装配要求的前提下 使成本最小。在实际工程过程中 工程人员大多基于自身的经验进行公差标定 这种标定方式十分模糊 所得结果也不一定是最优的。工业机械臂的臂部的制造公差会累积导致末端点的偏差 这种三维偏差的累积 难以简单的用尺寸链进行分析。为了更加快速准确的得到优化结果 本文使用遗传算法 以公差 成本模型为目标进行优化 大大的增加了搜寻最佳结果的速度和准确性。遗传算法有如下优点 良好的并行性、良好的可操作性、良好的全局优化性和强大的通用性以及鲁棒性。同时 它也具有两个不可避免的缺点 可能出现未成熟的问题和速度较慢 算法实时性不好的问题。【 遗传算法简介国内外研究现状繁衍是一个得以长久存在的必要前提 遗传则是繁衍的必要步骤。英国生物学家在五年的科学考察后 早在十八世纪就发表了巨著《起源》 提出了生物学说。此学说将生物进化发展划分为三个步骤 遗传、变异和选择。个体的性状由基因决定 而个体的基因都是父代遗传给下一代的。遗传过程中有的个体的基因会发生变异 由此产生不同的子代。再由对子代进行选择 淘汰掉适应能力低下的个体 留下适应能力好的个体 这就是进化的流程。描述的是一种适者不适者淘汰的思想 这种搜索和优化的方式所对应的问题 与工程实践中的问题 尤其是寻优求解的问题十分相近。研究人员早就在上世纪 年代就开始就在寻找把“物竞天择、适者”的进化思想和计算机学结合起来的方法。 年代初期 美国密歇根大学的 教授开始研究这方面的问题【 想找出一个可以使机器获得学习能力的方法。不久 他便意识到单个的策略和进化无法完成这项工作 优化算法必须始于多个群体。 年开始 传统的计算机学开始盛行 逻辑语言编程解决了很多实际问题 教授的研究受到了质疑和反对。这时 博士提出了“遗传算法”这个概念 并在论文中提出了算法的一般步骤 编码、复制、交叉变异和选择。另外 他还非常有先见的提出了算法早熟的问题。

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