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氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì)-文庫吧在線文庫

2024-10-08 19:14上一頁面

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【正文】 ] 陶湘廳 袁銳波 , 氣動機(jī)械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 , 20208,機(jī)床與液壓,第( 8)期, 256258 [6] 楊振球 易孟林,高精度氣動機(jī)械手的研發(fā)與應(yīng)用, 2020,中文核心期刊要目總覽,22 [7] 宋文奇 李佳麗,仿 人關(guān)節(jié)式氣動機(jī)械手機(jī)其運(yùn)動系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型的研究, 1986,昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),第( 3)期, 89 [8] 王偉 彭光正,基于 PC/104 總線的嵌入式氣動機(jī)械手控制器研究, 2020,中文核心期刊要目總覽, 1~3 [9] 王巍 汪玉鳳,基于 PLC 的氣動機(jī)械手研究, 2020,中文核心期刊要目總覽, 1~5 [10] 于復(fù)生 范文麗 李彥鳳,基于氣動機(jī)械手綜合試驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用, 2020,中文核心期刊要目總覽, 1~5 [11] 李軍英 劉艷香 焦冬梅,三菱 PLC 在氣動機(jī)械手中的應(yīng)用, 2020, CJFD 收錄刊 ,1~6 [12] 鮑燕偉 吳玉蘭,一種通用氣動機(jī)械手的控制設(shè)計(jì), 2020, CJFD 收錄刊 , 1~8 [13] 丁學(xué)恭,電器控制與 PLC, 20208,浙江大學(xué)出版社,浙江, 65~135 [14] 齊占慶,機(jī)床電氣控制技術(shù), 20206 第三版,機(jī)械工業(yè)出版社,北京, 132~171 [15] 周萬珍 高鴻斌, PLC 分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用, 20201,電子工業(yè)出版社,北京, 41~43 [16] Jennie H. Dong, Ren G. Dong, A method for analyzing absorbed power distribution in the hand and arm substructures when operating vibrating tools ,Journal of Sound and Vibration, 2020 ,311 (4): 12861304. [17] Isaac L. Kurtzer, J. Andrew Pruszynski, Stephen H. Scott LongLatency, Reflexes of the Human Arm Reflect an Internal Model of Limb Dynamics Current Biology, 2020,18, (5), 449453. [18] Macaronis 17,Ying Chen Zhang Jiafan,Design sna hubrid control of the pneumatic forcefeedback systems for ArmExoskeleton by using on/off valve,2020,325~335 [19] Ephanov A,Stoianovici D,Effect of a pneumatically driven haptic interface on the perceptional capabilities of human operators,Presence ,(3):290~307 [20] Macaronis 17,Ahn Kyoung Kwan, Intelligent switching control of a pnermatic muscle robot arm using learining vector quantization neural work,2020,255~262 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 39 致謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在 ***老師的悉心指導(dǎo)下完成的,在此本人表示由衷的感謝。借此論文成稿之時(shí)向辛勤培育我的各位老師致以衷心的感謝。 同時(shí),當(dāng)我每次遇到疑難的問題時(shí),她都會給我耐心的解答,指導(dǎo)我完成下一步的工作,使我初步掌握氣動機(jī)械手臂的相關(guān)知識,并對氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更深入的認(rèn)識和理解。 (2) 進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真,通過仿真過程優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),并從中獲得重要數(shù)據(jù),如 :氣 缸運(yùn)動位移、速度、加速 度等主要參數(shù),為 氣缸 的選型和 PLC 電路設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。下面是我用 Gx Developer編寫的各缸運(yùn)動的 梯形圖語言程序。 對 E 缸的選取 通過模擬試驗(yàn), E 缸是與指揮桿直接接觸的汽缸,其運(yùn)動的幅值較小為 32mm, 故選取與B 缸同一系列的汽缸,其裝配圖如圖( 5— 2),其基本外型尺寸如表( 5— 5) 表( 5— 5) 汽缸 E 基本尺寸 通過以上數(shù)據(jù)知, E 缸耗壓縮空氣量 Q壓 =103 *A*s*n= cm3 /min 對電磁換向閥進(jìn)行選型 由于機(jī)械手臂是在無載荷 (只有自重) 條件 下工作,所以工作壓力 較 低,根據(jù)這種情況選擇 QDC 系列的三位五通電磁換向閥,其型號為 Q25D2C6,主要技術(shù)參數(shù)如下: 公稱通徑為 6mm 有效截面積 大于 5mm2 工作介質(zhì)為經(jīng)過濾的壓縮空氣、 有無潤滑均可 工作壓力范圍 — 溫度范圍是 10— 55oC( 不結(jié)冰條件下) 換向時(shí)間 小于 工作電壓為 AC: 220/50Hz DC: 24V 電壓波動范圍 15— +10V 電功率為 3W,其外形及安裝尺寸如圖( 5— 4)所示。 壓縮空氣驅(qū)動氣缸活塞桿運(yùn)動過程 壓縮空氣經(jīng)過一系列的處理后進(jìn)入各分支系統(tǒng),以 B 缸為例,當(dāng)電磁換向閥 FB 不 處于中位時(shí),氣缸的進(jìn)氣口和出氣口同時(shí)閉合,氣缸處于保壓狀態(tài),當(dāng) YB1 得電,這時(shí)電磁換向閥處于左位,壓縮空氣由氣缸左端進(jìn)入推動活塞,從而使氣缸活塞桿伸出。 C 缸對應(yīng)的是 O3 處的運(yùn)動。 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 16 圖 3— 13 指揮棒末端位移隨時(shí)間的曲線 圖 3— 14 指揮棒末端速度隨時(shí)間的曲線 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 17 圖 3— 15 指揮棒末端加速度隨時(shí)間的曲線 通過 以上各組 數(shù)據(jù)可以計(jì)算出氣缸所需行程。 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 14 圖 3— 9 D 缸隨時(shí)間的角度變化曲線 根據(jù)圖( 3— 9)中曲線可以得出, D 的轉(zhuǎn)動角度幅值 57deg,其控制部分為 手腕 的轉(zhuǎn)動。 圖 3— 4 A 缸 角 速度曲線 A 的 角 速度是 肩 部的旋轉(zhuǎn) 速度 。如圖( 3— 1)所示,在用軟件進(jìn)行模擬的過程中,可以通過改變各氣缸的運(yùn)動方程來調(diào)節(jié)各部分的運(yùn)動,用改變調(diào)節(jié)運(yùn)動選項(xiàng)中 STEP SIZE和 END TIME 的方法 調(diào)整 整體 運(yùn)動的速度 和仿真運(yùn)動的時(shí)間 ,從而配合每種不同速度的音樂。 綜合所述,可以選用氣壓驅(qū)動這種驅(qū)動方式。 機(jī)械手臂的控制方式 由于是要求同時(shí)控制 五 個(gè)氣缸的運(yùn)動,而且對運(yùn)動的周期還有較高要求,所以我選擇用PLC 進(jìn)行控制。本文將通過以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行論述: (1) 氣動指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì); (2) 機(jī)械手臂的 運(yùn)動模擬 ; (3) 氣動回路設(shè)計(jì); (4) 氣動元件的 選擇 ; (5)機(jī)械手臂 PLC 控制部分設(shè)計(jì); 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 4 2 氣動指揮機(jī)械手臂 的整體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,對指揮機(jī)械 手臂類型選擇為非伺服多關(guān)節(jié)型。機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚,應(yīng)用領(lǐng)域 還 比較 窄,生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距 。 (7) 多智能體調(diào) 控技術(shù) :這是目前機(jī)械手研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。 (2) 機(jī)械手控制技術(shù) :重點(diǎn)研究開放化 ,模塊化控制系統(tǒng),人機(jī)界面更加友好,語言、圖形編程界面正在研制之中。目前,工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代,主要依靠工人進(jìn)行控制;改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。它的結(jié)構(gòu)是:機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂,頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)是示教形的。 Working speed。在設(shè)計(jì)過程中提出了一種新的設(shè)計(jì)思路,即 對 不 確定 的 各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的 擬人 動 作機(jī)械人進(jìn)行動態(tài)仿真分析,從模擬試驗(yàn)中得到所需的各參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。 氣動指揮機(jī)械手臂的整體設(shè)計(jì) 主要針對機(jī)械手臂的自由度、工作空間、工作速度、控制方式和驅(qū)動方式進(jìn)行講述; 機(jī)械手臂的模擬運(yùn)動將利用 ADAMS 運(yùn)動仿真 軟件進(jìn)行運(yùn)動分析和數(shù)據(jù)采集 ; 氣動回路設(shè)計(jì)中將 針對模擬結(jié)果的要求 對系統(tǒng)的氣動部分進(jìn)行設(shè)計(jì),并在后面 的章節(jié)中對氣動元件進(jìn)行選型; 最后的手臂控制部分設(shè)計(jì)中,采用了 可編程控制器( PLC) 控制的方法來 實(shí)現(xiàn) 各氣缸的順序 和周期 動作。 The mode of control。 1962 年,美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1978 年美國 Unimate 公司和斯坦福大學(xué),麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手,裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差小于 177。 第二代機(jī)械手正在加緊研制。機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化,以及 VC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制器己成為研究熱點(diǎn)。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商,感知與學(xué)習(xí)方法,建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。在應(yīng)用規(guī)模上遠(yuǎn) 不及 發(fā)達(dá)國家。 機(jī)械手臂的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì) 機(jī)械手臂的自由度 要想達(dá)到模仿人類的音樂指揮動作,通過仿生原理我最終采用 5 自由度的機(jī)械手臂來完成這一動作,其機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖如圖( 2— 1)。 PLC 有以下特點(diǎn): (1) 可靠性高 PLC 采用了許多抗干擾措施,如對 CPU 模 塊進(jìn)行電磁屏蔽、在電源和 I/O 模塊中設(shè)置濾波電路等等, 具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 氣動指揮機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 6 機(jī)械手臂的精度、重復(fù)精度和分辨率 因?yàn)槭悄M人的指揮動作,所以對精度要求并不高, 但是需要重復(fù)的運(yùn)動 ,因?yàn)橹貜?fù)的精度越高,指揮動作的可重復(fù) 次數(shù)也就越多,所以要求還是要盡可能的提高重復(fù)精度。通過該軟件還可以容易的繪制出指揮棒末端的軌跡,并對各轉(zhuǎn)動副之間的相對位移、速度、加速度等 相關(guān) 物理量進(jìn)行測量。 因?yàn)樵趯?shí)際的操作過程中無法輸出正弦信號,所以這里只對氣缸作近似計(jì)算,選其 有效值 作為參照標(biāo)準(zhǔn),從圖( 3— 4)中的曲線可以得出其 有效 速度是 。 圖 3— 10 D 缸 角 速度曲線 D 的轉(zhuǎn)動角速度是 手腕 的轉(zhuǎn)動 速度 。同時(shí)通過對運(yùn)動的模擬,初步得到相關(guān)數(shù)據(jù),這 為 接下來 氣缸的 選擇和 PLC 程序編制 奠定 了 基礎(chǔ)。 D 缸對應(yīng)的是 O
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