【正文】 的面積將會(huì)變得很大，所以 ? 的取值，應(yīng)遠(yuǎn)離這兩個(gè)區(qū)域。在圖 3 所示情況下，由以上分析可得，滑塊行程? ? WYsincoslD ??? ?? ，因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿 y 軸方向移動(dòng) WY 時(shí)，滑塊的行程 D 也是 WY ，是一比一的關(guān)系，即 1:1D:YW ? ，從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā)，希望運(yùn)動(dòng)輸入誤差對(duì)輸出誤差呈縮小的效果 ??13 ，即 1:1D:YW ? 。在這里采用綜合誤差敏感度作為評(píng)價(jià)終端誤差大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其反映了輸出誤差橢圓與輸入誤差單位圓面積之比，其定義為： ? ? e tk ETEe ?? GG (17) 其全域性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為： dwdwkkwEwge ??? (18) 如希望在可測(cè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)變量時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)誤差最小，則應(yīng)有 gek 最小。則在固定坐標(biāo)系下， iA 和 iB ? ?2,1i? 點(diǎn)的坐標(biāo)為： ? ?0,xA 11? ， ? ?0,xA 22? ? ?y,rxB1 ?? ， ? ?y,rxB2 ?? 由約束方程 lBA ii ? 有： ? ? 2221 lyxrx ???? (1) ? ? 2222 lyxrx ???? (2) 考慮到該機(jī)構(gòu)的奇異形位 ??11 及其如圖所示的裝配方式，由式 (3)和 (4)可得位置反解為： 221 ylrxx ???? （ 3） 222 ylrxx ???? (4) 由式 (3)和式 (4)可得位置正解為： ? ?21 ?? (5) ? ?? ?2122 ????? (6) 式 (5)和 (6)兩邊對(duì)時(shí)間取導(dǎo)數(shù)， 則有該機(jī)器人的關(guān)節(jié)空間速度向操作空間速度的映射關(guān)系為： qJp ??? (7) 式中， ? ?Ty,x ????p 為操作空間速度矢量， ? ?T21 x,x ????q 為關(guān)節(jié)空間速度矢量， J 為速度雅可比矩陣，其表達(dá)式為： ?????? ?? (8) 式中 ? ? 222 yylt ?? (9) 由文獻(xiàn) [12]可知，在靜態(tài)平衡狀態(tài)下，操作力向關(guān)節(jié)力的映射關(guān)系，即力雅可比矩陣為速度雅可比矩陣的轉(zhuǎn)置，即 TJGτ? (10) 如采用對(duì)該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程取微分的方法，來(lái)建立驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)空間誤差對(duì)操作空間誤差的映射矩陣，則驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的誤差傳遞矩陣 eG 即為該機(jī)器人的速度雅可比矩陣，即 JG?e (11) 由文獻(xiàn) [12]可知，操作空間的力和變形之間的映射矩陣，即機(jī)器人末端的柔度矩陣 C 為： T1JJKC ?? (12) 式中 1?K 為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的剛度矩陣的逆矩陣，如設(shè)整個(gè)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng) (包括傳動(dòng) 減速機(jī)構(gòu) )的剛度系數(shù)1ki? (i=1,2)， 則有： ??????????????? 10 01k10 0k1211K (13) 將式 (13)代入式 (12)，則有 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 TJJC? (14) 建 立好上述的各種映射關(guān)系，接下來(lái)就可以利用這些映射矩陣，得到評(píng)價(jià)機(jī)器人各項(xiàng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題并及時(shí)的解決問(wèn)題，從而對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)分析、硬件電路的 分析有了初步的了解，為以后的研究生學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。所以六自由度并聯(lián)機(jī)床較多，但大多精度不高，所研制的樣機(jī)大多屬于早期的探索樣機(jī)，近幾年基于六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)的樣機(jī)比較少。目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究比較多的是三自由度和六自由度，如平面三自由度，球面三自由度， 3RPS 機(jī)構(gòu)， 3TPSamp。該實(shí)驗(yàn)室在 19901994 年研制的 NINJAI, N 工 N JAI I 系列爬壁機(jī)器人是采用的具有三個(gè)自由度的 3RPS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為移動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)。 圖 14 燕山大學(xué)高峰教授研制的臥式并聯(lián)機(jī)床 （在機(jī)構(gòu)構(gòu)型上具有我國(guó)自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，清華、天大及哈工大的 機(jī)床都是采用國(guó)外已有的構(gòu)型） 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 六維力和力矩傳感器 :由于智能化機(jī)器人的“觸覺(jué)”和“力覺(jué)”可以借助于力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此自七十年代以來(lái)，機(jī)器人關(guān)節(jié) (主要是腕關(guān)節(jié) )用的六維力與力矩傳感器成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。 1962 年， Ellis 就建議采用并聯(lián)而不是串聯(lián)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微動(dòng)機(jī)器人，之后，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如生物工程學(xué)和微外科等，許多并聯(lián)結(jié)構(gòu)的微動(dòng)機(jī)器人樣機(jī)相繼誕生。 94 博覽會(huì)上推出的 VARIAX 虛擬軸機(jī)床，引起廣泛的關(guān)注，被稱為“ 21 世紀(jì)的機(jī)床”，它在國(guó)內(nèi)外已 經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。 飛行模擬器 :把并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)應(yīng)用為飛行模擬器，是并聯(lián)機(jī)器人較早的應(yīng)用。 (3)沒(méi)有累積誤差，其精度較高 。 l920年捷克作家查培克所著的《萬(wàn)能機(jī)器人》一書中一個(gè)強(qiáng)壯的機(jī)器人名隊(duì) Robot，幫人干了許多體力勞動(dòng)。在生產(chǎn)力發(fā)展過(guò)程中，生產(chǎn)工具的發(fā)展起了重要的作用。 本論文建立了并聯(lián)機(jī)器人的物理模型，詳盡探討了機(jī)器人的工作空間，給出了可達(dá)工作空間的計(jì)算方法 ， 并通過(guò)對(duì)工作空間的位置分析和運(yùn)動(dòng)分析，得出了最佳的連桿長(zhǎng)度和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間的關(guān)系。 很早以來(lái)，人類就幻想能有一種擬人的機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)如人的手、腳一樣的靈活自由的運(yùn)動(dòng)，能代替人從事各種非固定變化的復(fù)雜的勞動(dòng)。目前廣泛使用的工業(yè)機(jī)器人的主體大都是一個(gè)似人手臂的機(jī)電系統(tǒng)，這類機(jī)器人屬于串聯(lián)機(jī)器人的范疇。 (6)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解簡(jiǎn)單，正解復(fù)雜 。德國(guó)跨國(guó)公司 DaimlerBenz 公司制造的 DaimlerBenz 超大型 66 六自由度 Stewart 型多媒體全真動(dòng)態(tài)駕駛模擬器，在多媒體全真駕駛模擬器方面主導(dǎo)了世界領(lǐng)先水平的潮流。國(guó)內(nèi)外還有很多公司和院校在研究虛擬軸數(shù)控機(jī)床，如日本的本田公司基于銑削加工線的六條腿機(jī)床， Hexel 公司、英國(guó)的 Geodetic 公司、意大利的 COMAU 機(jī)床公司 和瑞典的 NEOS 機(jī)器人公司以及國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾賓工業(yè)大學(xué)和沈陽(yáng)自動(dòng)化所、東北大學(xué)等等。Lee 采用一個(gè)移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu) 來(lái)作為微動(dòng)機(jī)器人的機(jī)構(gòu) 。燕山大學(xué)首次提出用彈性鉸鏈來(lái)替代球面副，使 Stewart 平臺(tái)機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)成小尺寸，從而可使 Stewart 平臺(tái)機(jī)構(gòu)適用于機(jī)器人手腕和手指上的六維力傳感器該設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了力傳感器力敏感元件的一體化，即力敏感元件是非組裝結(jié)構(gòu)，從而提高了力傳感器的靈敏度和精度。 并聯(lián)機(jī)器人綜合的研究現(xiàn)狀 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的型綜合問(wèn)題在機(jī)構(gòu)分析中是一個(gè)基本問(wèn)題。也可以作為部件應(yīng)用，如作為機(jī)器人的關(guān)節(jié) 。只有 沈陽(yáng)自動(dòng)化所研制的樣機(jī)結(jié)構(gòu)是采用的四自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。在圖 2中，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 2 通過(guò)兩個(gè)相同的支鏈與固定平臺(tái) 1 相連，每一個(gè)支鏈由一個(gè)移動(dòng)副 (支鏈 1和 2中分別為滑塊 3和 7)和一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu) (支鏈 2由構(gòu)件 2構(gòu)成，支鏈 2由構(gòu)件 2構(gòu)成 )組成一個(gè) UP 副 ??10 ，連桿與滑塊 3 和 7 及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，由平行四邊形機(jī)構(gòu)的性質(zhì)可知，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)總是平行于固定平臺(tái)，其運(yùn)動(dòng)為一剛體在平面內(nèi)的平動(dòng)，這是該機(jī)器人區(qū)別于原有平面并聯(lián)或串聯(lián)機(jī)器人的一個(gè)重要特 點(diǎn)。如希望工作空間內(nèi)靈巧性最好，則應(yīng)有 gdk 最小。 綜合變形敏感度 如操作空間力矢量為一單位圓，則末端柔度矩陣將其映射為一個(gè)橢圓，末端變形橢圓的大小、形狀基本上反應(yīng)了末端變形的特征。 綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 上述的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)都是從某一方面來(lái)討論機(jī)器人機(jī)構(gòu)性能的優(yōu)劣，而機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是為了執(zhí)行特定的任務(wù)而是為了滿足普遍的性能指標(biāo)，這北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 就要求設(shè)計(jì)者從多方面著手，兼顧多種性能要求，綜合出綜合性能最優(yōu)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 圖 27 綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo) synk 隨連桿長(zhǎng)度 l 的變化情況 其他參數(shù)的確定及尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果 極位夾角和連桿長(zhǎng)度確定后，由式 (23)~(26)及結(jié)合該機(jī)器人的位置正、反解式 (3)~(6)即可確定該機(jī)器人的其它參數(shù)。首先由上述的位置分析和運(yùn)動(dòng)分析得出工作空間、極位夾角和連桿的關(guān)系定出了工作空間的大小、極位夾角的大小和連桿的長(zhǎng)度，然后再通過(guò)具體的機(jī)構(gòu)運(yùn)算等定出各機(jī)構(gòu)的尺寸，又由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查的各標(biāo)準(zhǔn)件的裝配尺寸，從而最終應(yīng)用 Solid works 軟件進(jìn)行裝配，從而生成三維實(shí)體圖。步進(jìn)電機(jī)有幾個(gè)顯著特點(diǎn)： ，而不再需要進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換； 、停能力 ,可以 在一剎那間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止； 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 ，步距角可由每步 90176。這時(shí)如果定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)齊，從而使步進(jìn)電機(jī)向前＂走＂一步。因此在三相六拍方式下，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要平穩(wěn)柔和一些，但在同樣的運(yùn)行角度與速度下，三相六拍驅(qū)動(dòng)，脈沖的頻率需要提高一倍，對(duì)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)特性要求較高。但采用減速齒輪會(huì)帶來(lái)額外的傳動(dòng)誤差，使機(jī)床的快速移動(dòng)速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。自單片機(jī)誕生至今 ,已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置 , 因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同 , 如英特爾公司 (Intel) 的 8086 和 MCS51 就采用了此結(jié)構(gòu)。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 芯片的選取原則和片腳結(jié)構(gòu) 單片機(jī)具有集成度高，功能強(qiáng)，通用性好的優(yōu)點(diǎn)，特別是具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，而且可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。 (2)、時(shí)鐘振蕩電路引腳 XTAL1： 內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸入端。 EA —— 為訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。 74LS373 是一種帶有三態(tài)門的 8D 鎖存器，對(duì)其引腳說(shuō)明如下 ： D7～ D0：八位數(shù)據(jù)輸入線。根據(jù) 8031 引腳數(shù)目和兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用譯碼法。 2764 一般有五種工作方式，為讀出，編程，編程校驗(yàn)，未選中和編程禁止，由 CE、OE、 PGM 的狀態(tài)組合來(lái)確定。引腳功能如下： 1E 、 2E 、 E3：使能端， 1E 、 2E 低電平有效， E3 高電平有效 A、 B、 C：譯碼器的輸入端 0Y ～ 7Y ：譯碼器的輸出端，可用作片選信號(hào) 2764 是 EPROM 的典型芯片之一，也是 27 系列產(chǎn)品之一，型號(hào)名稱“ 27”后面的數(shù)字表示其位存儲(chǔ)容量。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。（見(jiàn)本部分 5） 8031還必須有復(fù)位和時(shí)鐘電路 。 ALE—— ALE為地址鎖存允許信號(hào)。 如圖 41 所示。 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)的品種繁多 , 按應(yīng)用范圍分為通用型和專用型。另外 , 還有“中斷系統(tǒng)” , 當(dāng)單片機(jī)控制對(duì)象的參數(shù)到達(dá)某項(xiàng)需要加以干預(yù)的狀態(tài)時(shí) , 就可傳達(dá)給 CPU 使 CPU 采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)付措施。硬件方面日趨多樣化 ,4 位、 8 位、 16 位、 32 位等型號(hào)共同并存 , 在不同的領(lǐng)域存在 , 如家電、玩具、工業(yè)設(shè)備、儀器、通訊等。數(shù)控機(jī)床上大