液壓上料機(jī)機(jī)械手工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15466液壓上料機(jī)機(jī)械手工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析案例 1169741.1機(jī)械手工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析 137861.2空間運(yùn)動(dòng)分析 3173561.2.1障礙分析 3303551.2.2機(jī)械手的靈活度分析 4177381.2.3空間運(yùn)動(dòng)分析 5201471.3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題 61.1機(jī)械手工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械手所知道的在空間上有六個(gè)自由度，如同手指般靈活多變的變化。本文采用的機(jī)械手是有六個(gè)自由度，所以應(yīng)該知道每個(gè)自由度的角度或者是移動(dòng)的范圍，用來(lái)確定機(jī)械手末端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡?？臻g坐標(biāo)和矩陣：坐標(biāo)點(diǎn)的描述、位置關(guān)系和矩陣變化。在大學(xué)高等數(shù)課本內(nèi)中有說(shuō)過(guò)，可以用矩陣來(lái)表示一些空間中的位置變換和向量，所以本文借用矩陣倆表述，可以較為容易的來(lái)記錄一些位置關(guān)系。然后判斷出是如何移動(dòng)的，是平移還是旋轉(zhuǎn)，是上升還是下降。在記錄的同時(shí)計(jì)算和原來(lái)的位置的關(guān)系作出一個(gè)判斷。然后把這個(gè)判斷當(dāng)作一個(gè)移動(dòng)的方向。然后移動(dòng)的距離等則就是兩個(gè)位置的長(zhǎng)度，由兩個(gè)位置的直線距離決定。圖4-1數(shù)學(xué)模型1如圖4-1所示，則可以記錄一個(gè)點(diǎn)p或者多個(gè)點(diǎn)p2、p3等等。P=by+ax+cz。把這個(gè)向量寫(xiě)成矩陣形式就有p=｛ax，by，cz｝，在引入一個(gè)變量，然后換成p=｛ax，by，cz，a｝。剛體的定義：剛體是什么，是一個(gè)可以模糊成規(guī)則物體的東西，在受到外界壓力的情況下，或者是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下他永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生形變的物體。圖4-2數(shù)學(xué)模型2如4-2所示對(duì)于空間內(nèi)的剛體，可以取質(zhì)心，以質(zhì)心為起點(diǎn)，向著移動(dòng)的方向進(jìn)行加法計(jì)算。在坐標(biāo)系中進(jìn)行計(jì)算axbxcxay 圖4-3數(shù)學(xué)模型3（發(fā)生移動(dòng)時(shí)）如圖4-3所示，如果物體的位置發(fā)生改變，就是物體的坐標(biāo)發(fā)生改變，而改變的坐標(biāo)就是變換矩陣的中某一種或者某幾種，是x、y、z三個(gè)坐標(biāo)中的一種或幾種組成。當(dāng)進(jìn)行平移變換的時(shí)候則是某一個(gè)方向向量保持不變，而其他的坐標(biāo)發(fā)生改變。相對(duì)于參考系來(lái)說(shuō)，距離原點(diǎn)的長(zhǎng)度不斷地改變。axbxcxay圖4-4數(shù)學(xué)模型4（發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)）如圖4-4所示，基于坐標(biāo)系的原點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，變換矩陣為axayaz×1000sinxcosx0cosx?sinx=bxby1.2空間運(yùn)動(dòng)分析1.2.1障礙分析機(jī)械手在工作時(shí)，在負(fù)重情況下遇到障礙物的問(wèn)題。首先啟用一個(gè)空間八叉樹(shù)的概念，將機(jī)械手即將運(yùn)動(dòng)的路線的空間劃分為一個(gè)一個(gè)的正六面體，當(dāng)某一個(gè)六面體內(nèi)有物體時(shí)，說(shuō)明這個(gè)路線上是有障礙物的，再繼續(xù)將有障礙物的空間鳳城八個(gè)小六面體繼續(xù)判斷那些里面有物體那些沒(méi)有。當(dāng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)到這個(gè)六面體之前就應(yīng)該發(fā)出警報(bào)或者是終止這次運(yùn)動(dòng)，然后在經(jīng)過(guò)將空間六面體不斷地再分成八個(gè)小六面體，判斷哪些六面體內(nèi)有物體，直到最后完全算完。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到這些擁有阻礙物體的六面體附近時(shí)，機(jī)器會(huì)發(fā)出類(lèi)似于警報(bào)一樣的提醒，讓操作員知道這條道不通，并且阻止這次操作。如果不提醒的話就有可能發(fā)生夾住物料的機(jī)械手撞上別的機(jī)器或者是撞到人，發(fā)生危險(xiǎn)。所以做一個(gè)障礙物分析，預(yù)防這種危險(xiǎn)情況。而且在未來(lái)有可能的情況下發(fā)展成全智能的工作環(huán)境，只要設(shè)計(jì)好工作模式，使得無(wú)人操作成為現(xiàn)實(shí)，這種情況就非常需要這種空間障礙分析了。提前計(jì)算好那些空間是不能運(yùn)動(dòng)的，那些空間是危險(xiǎn)區(qū)域，那些空間是正常工作區(qū)，那些空間是發(fā)生異常時(shí)該停留的位置。未來(lái)就是向著這種高度智能化的方向發(fā)展。1.2.2機(jī)械手的靈活度分析工作中是否可以完全按照操作員的指揮進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；機(jī)械手是否靈活；機(jī)械手是否精確時(shí)衡量性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅要考慮到整體的空間范圍，還要考慮到各個(gè)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，在根據(jù)需要添加連桿，本文采用的是液壓驅(qū)動(dòng)，液壓缸的伸縮帶動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，在主臂上安裝有幾個(gè)型號(hào)較大的液壓缸，當(dāng)需要機(jī)械手抬起時(shí)，控制主要的上升下降的液壓缸就會(huì)工作，進(jìn)行伸縮，達(dá)到抬起或者是下降的操作，當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖4-5所示。機(jī)械手可以通過(guò)爪子的自身旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整抓取角度，選擇一個(gè)合適的角度對(duì)物件進(jìn)行抓取。 圖4-5機(jī)械抓取手如圖4-6所示。通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)控制機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，可以將其分解成四級(jí)，每一級(jí)都有一個(gè)運(yùn)動(dòng)角度，當(dāng)四個(gè)聯(lián)合起來(lái)使用時(shí)就可以達(dá)到大部分的角度需求。合理的設(shè)計(jì)各個(gè)連桿的長(zhǎng)度和液壓缸的大小是非常重要的一件事情，關(guān)系著工作時(shí)的流暢性，也關(guān)乎著工作效率。圖4-6機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置安裝示意圖1.2.3空間運(yùn)動(dòng)分析使用最簡(jiǎn)單的也是最全面的數(shù)值法，將機(jī)械手每一個(gè)關(guān)節(jié)所能達(dá)到的最高位置和最低位置列出來(lái)，確定了各個(gè)臂的極限位置之后，隨機(jī)加入一些隨機(jī)點(diǎn)，讓機(jī)械手去達(dá)到這些點(diǎn)，再把這些隨機(jī)的位置放入運(yùn)動(dòng)方程中，算出與之對(duì)應(yīng)的空間點(diǎn)。用rand（）函數(shù)產(chǎn)生一些隨機(jī)點(diǎn)Dmin和Dmax分別為機(jī)械手能夠達(dá)到的最大距離和最小距離。所以有公式D=Dmin+（Dmin?Dmax）×rand（4-1）然后將每個(gè)臂的活動(dòng)范圍帶入（4-1）中就可以得出很多的坐標(biāo)，再把這些坐標(biāo)給展示出來(lái)就是咱么的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)范圍。θ1=π?rand（n，1）（4-2）θ2=?πθ3=?π結(jié)合式子（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）可以得出在不同的作用力下機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡也不同，將機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡向著二維平面內(nèi)做投影可以得出如下圖4-7所示，這就是機(jī)械手在空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，當(dāng)抓取不同重量的物件的時(shí)候運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)隨之減慢，圖4-7機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡二維平面投影1.3機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題在機(jī)械手工作的過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一些振動(dòng)。在查詢相關(guān)資料后可以知道，振動(dòng)主要分為分為三類(lèi)，自由振動(dòng)、自激振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)。由于自由運(yùn)動(dòng)對(duì)于每一臺(tái)設(shè)備來(lái)說(shuō)都是必不可少的，原因在于，機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，所以這個(gè)振動(dòng)是必不可少的；而對(duì)于強(qiáng)迫振動(dòng)而言，往往是對(duì)物體施加一個(gè)外力，導(dǎo)致機(jī)械被迫的實(shí)現(xiàn)振動(dòng)，這個(gè)對(duì)于本文設(shè)計(jì)而言，是不必要的，所以本文針對(duì)上述兩種振動(dòng)可以不做過(guò)多的研究，所以本文對(duì)自激振動(dòng)做進(jìn)一步了解。那么什么是自激振動(dòng)呢？所謂自激振動(dòng)就是需要振動(dòng)來(lái)達(dá)到目的的一種振動(dòng)方式。比如生活中的時(shí)鐘，電鉆、鋼琴之類(lèi)的需要振動(dòng)來(lái)達(dá)到一些效果的東西，這個(gè)振動(dòng)有好處也有壞處，比如工地上的鉆頭，有這個(gè)振動(dòng)就會(huì)使得工作效率更高，但是有的就是壞處，比如車(chē)輛，自身如果振動(dòng)過(guò)大，就可能導(dǎo)致零件損壞，從而加速報(bào)廢。而本文針對(duì)機(jī)械手在搬運(yùn)很大重量的物件的時(shí)候可能回產(chǎn)的振動(dòng)進(jìn)行討論。首先，如果產(chǎn)生自激振動(dòng)的時(shí)候該怎么解決。其次，能否不讓設(shè)備有產(chǎn)生振動(dòng)，在即將產(chǎn)生時(shí)及時(shí)遏制。產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，零件變形、零件老化、壓力不足、承重過(guò)大都有可能時(shí)造成振動(dòng)的罪魁禍?zhǔn)?，但是針?duì)這一問(wèn)題應(yīng)該如何解決呢？第一，當(dāng)產(chǎn)生非必要振動(dòng)的時(shí)候說(shuō)明機(jī)械可能處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，但不一定就處于危險(xiǎn)狀態(tài)，這可以作為一種提醒。在振動(dòng)產(chǎn)生時(shí)觸發(fā)，效果就是減慢移動(dòng)速度或者是停止工作。因?yàn)樽约ふ駝?dòng)是一種周期性的振動(dòng)，會(huì)吸收整個(gè)機(jī)械的能量，如果是因?yàn)檎麄€(gè)機(jī)械的能量過(guò)大時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，那么當(dāng)機(jī)械減慢運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)讓此振動(dòng)消失或者是減弱，如果這樣可以達(dá)到消除振動(dòng)的效果，那么就提醒用戶，在產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)應(yīng)該減慢機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，降低能量。當(dāng)減速不能解決這