发布时间:2022-11-10 点击:130次
随着新兴技术的不断发展,机械臂的新型应用在各个领域得到推广,对于高性能,高精度的机械臂需求越来越迫切.当机械臂系统存在建模误差和外部干扰的时候,一般的控制器鲁棒性不强,难以实现高精度的控制.
如何解决这类机械臂的控制器设计问题成为一个热门的课题,吸引了广大学者的关注.论文围绕机械臂的强鲁棒性控制器设计与实现,开展了一系列的研究工作,包括机械臂系统平台的搭建,机械臂数学模型的建立,机械臂控制器的设计等.论文的主要内容概括如下:首先,自主设计了机械臂系统的软硬件平台.硬件部分,利用伺服电机手工搭建了一个二自由度的机械臂,并且基于STM32系列芯片完成了控制主板的设计,包含原理图绘制和PCB制作.软件部分,对机械臂控制系统进行了合理的架构,并且基于MFC设计了一套机械臂上位机控制软件,用于系统调试和绘制实时的系统跟踪控制曲线.然后,针对二自由度机械臂系统平台,建立了运动学和动力学模型.
采用几何分析的方法,简要描述了机械臂的运动学关系.参考了机器人建模相关的文献,基于拉格朗日建模方法,给出了一般的机械臂动力学数学模型.考虑到机械臂建模误差和外部干扰的问题,对机械臂动力学模型进行了改进,引入系统的建模误差项和外部干扰力矩项.其次,基于神经网络干扰观测器完成了机械臂跟踪控制器的设计.利用神经网络干扰观测器估计系统的复合扰动
埃隆马斯克集团旗下SpaceX的“超级火箭”——非常超重型助推器在启动后发生强烈爆炸,不但点燃时长超出一小时,周边群众也感受到了媲美地震灾害的危害。
据了解,该起爆炸发生在时长在下午5点20分左右,爆炸地址坐落于美国德克萨斯州博卡奇卡(BocaChica),SpaceX的战舰(Starship)基地,那时候已经检测其上一个月刚运到至发射台的“7号非常超重型助推器”,该非常超重型助推器武器装备了高达33部猛禽发动机(每台汽车发动机都能够给予达到数百吨的驱动力)。
但在爆炸发生时,助推器下边的通风量已经按测试代码而大幅度提升,进而在爆炸发生后产生了强劲的大火球和震波。爆炸发生后,在超大推动火箭弹周边发生了极大火灾事故;事情发生一小时后,依然能够看见火苗和浓烟从发射台漂落,现阶段都还没有关爆炸原因或是不是有些人在事情中负伤的信息。
现阶段看来,“7号非常超重型助推器”很有可能在爆炸情况下遭到了某类毁损,不论是对数十台猛禽发动机或是助推器自身都是有很有可能被烧毁。SpaceX将必须修补(或拆换)助推器并明确非常的因素。
而那时候爆炸的破坏力是这么极大,以致于发射基地周边的南帕德里岛的市民也被吓到了。住户迈克尔·苏拉兹(MichaelSularz)告知新闻媒体,爆炸发生一瞬间“觉得如同一辆卡车撞入了她的家”。以致于她们一家人都跑到了外边。
SpaceXCEO埃隆·马斯克(ElonMusk)最开始在Twitter上宣称这也是有准备的,但删除了这一条文章,请在推特上写到:“是的,事实上并不好。精英团队已经评定损害。”
按既定方案,星际飞船最后将层叠在7号非常超重型助推器上边,产生一个完整的星际飞船系统软件。星际飞船将把数千颗Starlink通讯卫星运输到外太空,但幸亏此次爆炸时都还没运载在助推器上。
特别注意是指,在此次爆炸以前,SpaceX早已有几起爆炸事情发生。据调查,自2019年年末至今,SpaceX早已在博卡奇卡检测了12架星际飞船上级领导原形。在其中有八次最后在发射台上或在天空中爆炸。最严重的事情发生在2021年3月第12次星际飞船原形检测降低期内,在间距发射点五英里的地区爆炸成成千上万残片。SpaceX花了三个月的时间段才清理干净。目前为止,未有有关周边住户负伤或经济损失的汇报。
助力机械臂的4点设计要求:
1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻
手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形,手臂就要产生振动,或动作时工件卡死无法工作。为此,手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度,各支承、连接件的刚性也要有一定的要求,以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当,惯性要小
机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的,但不宜盲目追求高速度。手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动,由常速减到停止不动为制动,速度的变化过程为速度特性曲线。手臂自重轻,其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活
手臂的结构要紧凑小巧,才能做手臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。此外,对了悬臂式的机械手,还要考虑零件在手臂上布置,就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利,偏重力矩过大,会引起手臂的振动,在升降时还会发生一种沉头现象,还会影响运动的灵活性,严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心,或离回转中心要尽量接近,以减少偏力矩。对于双臂同时操作的机械手,则应使两臂的布置尽量对称于中心,以达到平衡。
4、位置精度高
机械手要获得较高的位置精度,除采用先进的控制方法外,在结构上还注意以下几个问题:
(1)机械手的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响手臂的位置精度。
(2)加设定位装置和行程检测机构。
(3)合理选择机械手的坐标形式。直角坐标式机械手的位置精度较高,其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差,当转角位置一定时,手臂伸出越长,其误差越大;关节式机械手因其结构复杂,手端的定位由各部关节相互转角来确定,其误差是积累误差,因而精度较差,其位置精度也更难保证。
力学仿真还是运动仿真?
力学可以用ansys,mcs或者三维软件自带的mechanica模块,如ProE、CATIA、UG软件等都有这个模块;
运动仿真用三维软件的机构仿真模块,PreE、CATIA、UG等都可以做。
总的来说:材料要根据手臂的工作状况来选择,(因为你说的是机械手臂,手臂要完成各类已定,或将定的运动,既然要有这么个运动部件,所以它最好是选用轻型材料,此外需要从质量,刚度,惯性力等多角度综合考虑,这样才能最终提高机械手臂的动态性能和静态性能)
第一:机械手臂在承受载荷时,不能有应变和断裂,也就是说要有足够的强度,所以应该选择“高强度的材料”
第二:由于机械手臂是运动的,需要有良好的受控性,因此不能过笨重,所以至少得“密度小 强度大 而且转动惯量小”
在选材时就根据上面的 “高强度的材料” “密度小 强度大 而且转动惯量小”等几个条件根据你的机械手臂的工况以及经济的角度有条件取舍,选出满足的材料。
通常情况下,可以从以下大类材料中选取:
“合金钢”,“经过热处理的优质钢”,“轻型合金 如铝合金”
还有 具体选择这大类里面的哪个钢号得根据你的设计要求来选,每个钢号对应有其相应的力学性能的许用范围。
另外,合理的手臂截面形状得到的扭转刚度,弯曲刚度也会有较大差异,这样的非材料因素也得好好考虑,好比纸张卷成了圆筒也能撑起一本书。
AC=90°,M为BC的中点,P为BC上一点,且满足向量AP乘以向量AC=2倍的向量AP乘以向量AB,则AM的最小值为多少?
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