帶機(jī)械爪的無人機(jī)設(shè)計(jì)與控制【全套含CAD圖紙、說明書】

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q=1,…,; s=1, …,12 (7a) p, r=1,2,3; q=1,…,m; s=1,…12 (7b) 其中是元件形狀函數(shù)，是連桿變量數(shù)，m是模塊變量數(shù)。方程式中的標(biāo)注即多次出現(xiàn)的下標(biāo)指數(shù)是以概括的形式出現(xiàn)的，這些下標(biāo)只不過是公式的一部分，并不表示某一含義除非特定指明。這些子矩陣可表示成： 其中和；z,u=1,2,3； s,v=1,…,12是時(shí)間變量，是第k個(gè)機(jī)構(gòu)的第i個(gè)元件的質(zhì)量。在定義和時(shí)，柯氏力和地心引力可由下列算式計(jì)算出來： 這個(gè)運(yùn)動(dòng)方程式綜合了變量步長(zhǎng)和變量預(yù)測(cè)校正的算法，以獲取坐標(biāo)系和中的時(shí)間記錄。于是，有關(guān)物體參考系的節(jié)點(diǎn)位移可由模塊轉(zhuǎn)換公式獲得。由應(yīng)力與位移關(guān)系式計(jì)算出零件受到的壓應(yīng)力。整個(gè)參考系中各點(diǎn)的位移可用和機(jī)架的各節(jié)點(diǎn)位移算出。點(diǎn)的偏移可由那個(gè)點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)動(dòng)和有效運(yùn)動(dòng)的位移差精確的求出。 應(yīng)當(dāng)指出的是，在運(yùn)動(dòng)方程式中，設(shè)計(jì)變量函數(shù)的形式有矩陣，零件的質(zhì)量和初始矢量中的、陣列。因此在對(duì)靈敏度進(jìn)行分析的時(shí)候，這些都應(yīng)與設(shè)計(jì)變量區(qū)分開來。然而，分析并且驗(yàn)證靈敏度在這次研究中是個(gè)非常困難的項(xiàng)目。不全面的分析或是允許極小誤差的方式來研究這一問題也未嘗不是個(gè)好方法。 3.減少約束 對(duì)機(jī)器手進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的方法就是計(jì)算個(gè)獨(dú)立點(diǎn)在同一時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。因此，約束數(shù)目最好滿足 ，而且這么多的約束在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)也是不切實(shí)際的。不過有一個(gè)很有效的辦法可以使約束數(shù)控制在范圍內(nèi)又可以使約束數(shù)滿足t的所有值，這就是用Kreisselmeier - Steinhauser函數(shù)[ 3 ]等量替換單個(gè)時(shí)間約束，此函數(shù)表示如下： 其中和C是正數(shù)并由和之間的關(guān)系決定即min().這可以說明Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)限定了一個(gè)保守的值域[4]比如總是比min()更重要，而且c的值越大和min()之間的差就越小。這就是所謂用最關(guān)鍵的約束等量替換了諸如 （11） 之類的約束。在這一方法中，用等量約束限定了分段函數(shù)并使其由向間斷的過渡。在這一值域里盡管左右突出的構(gòu)件在過渡點(diǎn)有差異，但他們具有相同的標(biāo)識(shí)和梯度，因此可在過渡點(diǎn)自然結(jié)合。隨著時(shí)間逐步的趨近零點(diǎn)，等量約束也變得逐漸光滑。 上述所提到的非線性約束優(yōu)化問題可以由NLPQL[11]來解決，即運(yùn)用序列二次方程的方法。這種優(yōu)化需要初始信息和，m=1,…, 這兩個(gè)可由目前研究出的有限差來計(jì)算。 4.舉例 雙桿平面機(jī)器人如圖1所示。運(yùn)動(dòng)原理是被動(dòng)塊E沿直線從初始位置（θ1=120°，θ2=-150°）運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置（θ1=60°，θ2=-30°）。E的運(yùn)動(dòng)軌跡表示如下： 整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)間T=0.5s。 每一個(gè)連桿的長(zhǎng)度為0.6米并由兩個(gè)等長(zhǎng)的零件連接著。其零件的外徑，其為本設(shè)計(jì)的變量，k=1,2；i=1,2。零件的厚度為0.1。物體的壓強(qiáng)和密度分別是E=72GPa,ρ=2700Kg/m-3。模塊變量縮小了形狀尺寸。最先結(jié)合的兩個(gè)模塊和最先有著固定自由的約束條件的軸也都被考慮到了。位于連接點(diǎn)B處的桿2質(zhì)量為2kg，被動(dòng)物塊和有效載荷的總質(zhì)量為1kg。設(shè)計(jì)的約束條件如下： -75MPa≤σi≤75MPa i=1,…, δ≤0,001m 其中應(yīng)力約束由節(jié)點(diǎn)頂部或底部的個(gè)點(diǎn)來驗(yàn)證。δ是E的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與有效運(yùn)動(dòng)軌跡的偏離量（即x和y方向的最大偏移值）。初始設(shè)計(jì)變量 均為50mm. 圖1 平面機(jī)器手操作器 在這個(gè)例子里，等量約束是由最關(guān)鍵的約束組成的并且其結(jié)果與Kreisselmeier-Steunhauser函數(shù)的結(jié)果進(jìn)行了比較。后者函數(shù)中適用了c的不同值，可以發(fā)現(xiàn)c的值越小其產(chǎn)生的設(shè)計(jì)就越死板。c=50時(shí)的設(shè)計(jì)是最理想的。應(yīng)當(dāng)指出的是編譯器的限制可能會(huì)超過c的最大值，這完全取決于指數(shù)函數(shù)也就是只要設(shè)計(jì)變量的低限足夠的小。另一方面，最關(guān)鍵的約束會(huì)產(chǎn)生極小質(zhì)量的設(shè)計(jì)并且精確的迎合偏移位移量。最小的質(zhì)量，恰當(dāng)?shù)闹睆胶头磸?fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)在表1中列出。設(shè)計(jì)軌跡見表2。表KS-c表明了由Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)產(chǎn)生的結(jié)果，然而MCC表示關(guān)鍵約束?？梢姂?yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許值，因此應(yīng)力約束受到了限制。連桿2中間的應(yīng)力最大（見）圖3。被動(dòng)物塊的偏移量δ的最佳解決方案見圖4 圖2 設(shè)計(jì)參數(shù) 表1 平面機(jī)器人控制器最佳方法 圖3 頂部連接兩個(gè)的平均壓力的最佳設(shè)計(jì) 圖4 最終效應(yīng)器偏差的最佳設(shè)計(jì) 5.總結(jié) 在研究中，高速遙控操縱器的最佳設(shè)計(jì)方案取決于動(dòng)態(tài)特性。操縱器的固定軌跡與實(shí)際軌跡運(yùn)動(dòng)也必須考慮到。把最關(guān)鍵的約束用作等量約束。 最關(guān)鍵的約束的時(shí)間點(diǎn)可能隨著設(shè)計(jì)變量的改變而變化。這表明分段的等量約束并不會(huì)使設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生缺陷。序列二次方程用于解決設(shè)計(jì)問題，其是運(yùn)用整體偏差進(jìn)行靈敏度計(jì)算。 高速平面遙控操縱器已被優(yōu)化設(shè)計(jì)成在應(yīng)力和偏差限制下的最小質(zhì)量?；贙reisselmeier - Steinhauser函數(shù)產(chǎn)生的保守設(shè)計(jì)下使用等量約束，最好的設(shè)計(jì)理念就是用最關(guān)鍵的約束。