機(jī)械臂及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)---高剛度及高密度(已修改)
2025-01-24 05:53 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 高剛度及高密度 卡里姆 阿卜杜勒 — 馬利克 ，美國(guó)愛荷華大學(xué)，艾奧瓦城，愛荷華州，伯頓保羅，賓夕法尼亞大學(xué)，費(fèi)城，賓夕法尼亞州 摘要 一個(gè)六自由度的高精度機(jī)械手設(shè)計(jì)部分已能實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)械手（被稱為 UTI臂）由四個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和兩個(gè)棱柱關(guān)節(jié)組成。這種機(jī)械手的機(jī)械設(shè)計(jì)目的是為了獲取高精度，高剛度和高密度的鏈接。對(duì)機(jī)械元件的預(yù)應(yīng)力是為了使得強(qiáng)度與剛度相匹配。在拉伸載荷下的鏈接是實(shí)驗(yàn)是為了增強(qiáng)彎曲剛度。在過去，研究人員已經(jīng)報(bào)道效率低下的柱狀節(jié)理是由于他的高度規(guī)則性。與均勻的薄壁管相比在此使用的棱柱關(guān) 節(jié)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)各向同性，較高的抗彎剛度及在扭轉(zhuǎn)剛度上相對(duì)低的損耗。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了這種理論通過計(jì)算關(guān)節(jié)的扭轉(zhuǎn)剛度。一種有限元模型也被使用于該模型，手臂機(jī)械設(shè)計(jì)的詳細(xì)介紹是通過棱柱形的接頭通過觀察橫截面和預(yù)應(yīng)力的效果。 關(guān)鍵詞 機(jī)械手設(shè)計(jì) ； 結(jié)構(gòu)剛度 ； 機(jī)器人設(shè)計(jì) ； 機(jī)器人 介紹 剛性連接的機(jī)械臂要求重量輕，剛度結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度和低慣量。盡管轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的分析與合成在文獻(xiàn)中得以解決。柱狀節(jié)理尚未引起極大的關(guān)注由于在設(shè)計(jì)和制造方面的相對(duì)困難。 通用手冊(cè)為了幫助機(jī)械手的設(shè)計(jì)在已存在 的文獻(xiàn)中，而且其他作品的列表設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也有很多。靈活的設(shè)計(jì)機(jī)制也應(yīng)被提出。機(jī)械手的鏈接剛度分析可能被Rivin， Dukovski和王所發(fā)現(xiàn)。早在 1979年，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的程序已被應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。優(yōu)化技術(shù)和校準(zhǔn)技術(shù)已被用于糾正錯(cuò)誤的準(zhǔn)確性。被動(dòng)引力補(bǔ)償也已被彌敦道和庫(kù)馬爾解決。最近，許多系列的機(jī)器人采用分析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)機(jī)器人技術(shù)設(shè)計(jì)。猶他州 /麻省理工學(xué)院機(jī)械手， WAMS系統(tǒng)是兩個(gè)這樣的例子。其他機(jī)器人設(shè)計(jì)師們?cè)噲D系統(tǒng)的發(fā)展分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)的重要組成部分。舉個(gè)例子，F(xiàn)resonke，埃爾南德斯和特薩已經(jīng)設(shè)立了分析 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于系列機(jī)器人的變形預(yù)測(cè)。軒尼詩(shī)等已經(jīng)證明設(shè)計(jì)了一個(gè)輕型機(jī)械臂，當(dāng)威廉姆斯，洛杉磯和 Bulca已經(jīng)展示設(shè)計(jì)的六軸機(jī)器人手臂的各向同性。 Rivin已經(jīng)比較了一系列結(jié)構(gòu)材料被使用于機(jī)械手臂并且已經(jīng)研究了關(guān)鍵設(shè)計(jì)組件。機(jī)械手設(shè)計(jì)方面的獨(dú)特部分可以在美國(guó)專利中找到，諸如雷諾，菲利普斯和通用汽車。最近，模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)在那些可以獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地方。對(duì)機(jī)械手的共同發(fā)展的方法由吳， Hwang，和Chladek提出，而容錯(cuò)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)是由 Paredis和科斯拉解決。 在這篇論文中， UTI臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方面被提出。操作器 臂部的柱狀節(jié)理是基于一個(gè)連接的橫截面設(shè)計(jì)，這提供一種高剛度的，高質(zhì)量密度與帶有一中空的圓形橫截面相比。手臂的機(jī)械設(shè)計(jì)將首要被解決，其次是預(yù)應(yīng)力的效果。柱狀節(jié)理剛度和對(duì)試驗(yàn)的比較以及對(duì)那些管狀關(guān)節(jié)的理論結(jié)果的呈現(xiàn)。手臂，調(diào)節(jié)器，接口的詳細(xì)設(shè)計(jì)總體能被找到在 阿卜杜勒 — 馬利克的相關(guān)美國(guó)專利中。 一個(gè)完整的，詳細(xì)描述的手臂將首要介紹。對(duì)于選擇鏈接橫截面的分析標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)械手的使用將被使用與棱柱關(guān)節(jié)來被實(shí)現(xiàn)。對(duì)近似偏轉(zhuǎn)的橫截面數(shù)學(xué)公式將被建議衍生。該剖面與輪比較，空心部分通常使用在機(jī)械手的連接處。這將所示，一個(gè)重要的增益 在彎曲剛度上的可以得到與抗扭剛度相似的輕微損失。其他數(shù)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)在張力預(yù)加載的數(shù)量能維持較高的彎曲載荷，將發(fā)展和證明通過實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 UTI臂的描述 本節(jié)介紹 UTI臂鑒于其機(jī)械設(shè)計(jì)和裝配。每個(gè)關(guān)節(jié)將被單獨(dú)解決，盡管腕關(guān)節(jié)（包括三個(gè)自由度）被處理為一個(gè)整體。 UTI臂的運(yùn)動(dòng)骨架 圖 1 示出了簡(jiǎn)化的 UTI 臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)骨架。機(jī)械臂包括 6 個(gè)移動(dòng)鏈接（被稱為鏈接 1 至 6），并且一個(gè)固定鏈接（鏈接 0）。最終效應(yīng)（對(duì)
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