【正文】 （ ） 剛性 高 高 中 高 承載 高 高 中 高 行程 大 中 中 大 用途 粗定位 精密定位 一般用途 精密定位 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 轉(zhuǎn)動單元實(shí)現(xiàn)方案 轉(zhuǎn)動單元是典型的電控旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 圖 310 速度 仿真曲線 曲線橫坐標(biāo)為時間，單位為秒，縱坐標(biāo)為速度。搖桿角速度 39。 cos( )sin( )x l ryr ?????? ?? () 由式 ()可以得到兩個反解解析式 ()、 ()。 grid on hold on subplot(2,1,2) plot(x,E),title(39。 a22=l*(cos(j1+j2))。 運(yùn)動臺的運(yùn)行曲線通過分段的斜線擬合而成，所以運(yùn)動學(xué)仿真曲線選擇斜線作為仿真曲線具有代表性。 22arctan( )r x yyx?? ???? ??? () 2212 cos( )22rl ????? ????? ???? () 其中各變量的取值范圍 ： 2( 0 , 2 ), ( , )rl? ? ?? ? ? 速度分析 式 ()對時間進(jìn)行微分即得到速度關(guān)系式 ()。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 表 31 組合方案類型 兩個移動副組成 XY 坐標(biāo)系（方案 1） 兩個移動副組成仿射坐標(biāo)系 (方案 2) 一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副組成極坐標(biāo)系（方案 3） 兩個轉(zhuǎn)動副組成的“機(jī)器手”（方案 4） —— 一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副組成仿極坐標(biāo)系（方案 5） —— 方案論證 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要依賴設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)、聯(lián)想或類推性思維方法，近幾年，有進(jìn)一步發(fā)展定性和定量分析相結(jié)合、專家經(jīng)驗(yàn)判定與計(jì)算機(jī)輔助決策相結(jié)合方法，以在較大范圍內(nèi)篩選新機(jī)構(gòu)。即 包括： （ 1） 深入分析運(yùn)動臺機(jī)構(gòu)的構(gòu)型，提出各種可行方案，使用 MATLAB 對方案進(jìn)行運(yùn)動學(xué)計(jì)算，最終選取最合適構(gòu)型方案； （ 2） 在 SolidWorks2021 環(huán)境下設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)； （ 3） 在 SolidWorks2021 環(huán)境下對機(jī)械結(jié) 構(gòu)進(jìn)行仿真分析。 近年來基于液晶的光學(xué) 相控陣技術(shù)得到了較快的發(fā)展 ,這種技術(shù)的主要優(yōu) 點(diǎn)是具有相對低的控制電壓和可以較為方便地形成光束的二維掃描。哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 摘要 研究 液晶光學(xué) 相控陣在跟蹤 /瞄 準(zhǔn)捕獲（ APT）技術(shù)中的應(yīng)用時，需要 在 跟瞄系統(tǒng) 遠(yuǎn)場豎直平面內(nèi) 為系統(tǒng)提供 一個隨機(jī)可控的模擬目標(biāo)，這種隨機(jī)可控模擬目標(biāo)裝置是典型的機(jī)電一體化裝置。目前 ,在液晶相控陣技術(shù)的制作方面 ,雷聲 (Raytheon)公司的研究成果具有一 定代表性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 第 2 章 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的基本知識 跟瞄系統(tǒng)介紹 圖 21 目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)示意圖 跟瞄 系統(tǒng) [3]主要由 光束動態(tài)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 與 目標(biāo)圖像采集裝置 兩部分組成 ， 其中光束動態(tài)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 核心部件為 美國 BNS 公司提供的液晶空間光調(diào)制器 。 “基于光學(xué)相控陣敏感控制技術(shù)”研究課題只要求模擬目標(biāo)實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動功能，這種平面運(yùn)動裝置的機(jī)構(gòu)方案相對比較簡單，所以對組合方案的優(yōu)選，以研討會形式與定量定性分析形式進(jìn)行。 1 1 2 1 2 1 21 1 2 1 2 1 2{ [ s in ( ) s in ( ) ] s in ( ) }{ [ c o s ( ) c o s ( ) ] c o s ( ) }d x d d ld y d d l? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? () 1 1 2 1 2 1 21 1 2 1 2 1 2{ [ s in ( ) s in ( ) ] s in ( ) }{ [ c o s ( ) c o s ( ) ] c o s ( ) }xyvl? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? () x 0 y θ1 θ2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 寫成矩陣形式 為 ()。斜線方程設(shè)為： y=x， 兩桿長設(shè)為 30cm。 for k=1:501 A=[a11(k) a12(k)。桿 2 角速度 39。 arcsin( )cos( )yrl x r? ?? ???? ??? () arcsi n( )cos( )yrl x r?? ?? ????? ??? () 機(jī)構(gòu)的速度分析 式 ()對時間進(jìn)行微分得到 式 ()。) xlabel(39。運(yùn)行時間為 （ 0,20s） ，搖桿的最大角速度為 ゜ /s 左右，最大角速度發(fā)生在 x=0mm 附近，最大線速度為40mm/s 左右。電控旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以分為三個部分：驅(qū)動電機(jī)，減速器，控制器，其中減速器是關(guān)鍵部分。由于帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽作嚙合傳動，并由帶的抗拉層承受負(fù)載，以保持帶的節(jié)線長度不變，故帶和帶輪之間沒有相對滑動，可以實(shí)現(xiàn)帶和帶輪之間的同步傳動。該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，并成為主流三維CAD 軟件市場的標(biāo)準(zhǔn)，是目前最優(yōu)秀的中檔三維 CAD 軟件之一，在全球擁有超過 50 萬的用戶。 s in ( ) ( ) s in ( )c o s ( ) ( ) c o s ( )d x d l r d x l r rd y r d y r r? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? ???? ? ? ? ? ??? () 分析誤差公式 ()得到關(guān)于 x? 和 y? 的兩個極大值 ，如式 ()。 步進(jìn)電機(jī)在 0160r/min 運(yùn)行時轉(zhuǎn)矩沒有明顯變化 ， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ： 24 3 3 33 3 3 3M 5 10 / 2 10 10 / 5 10 10 / 5 6 Nr M M Mk g N k g mm m k g m mm m k g m m? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?目 標(biāo) 搖 桿 調(diào) 節(jié) () 通過負(fù)載轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速可以計(jì)算出減速機(jī)的 實(shí)際輸入功率： 422r1S1 . 2 6 6 0 . 8 3 3 . 4 1 09 5 5 0 R 9 5 5 0 0 . 3 2rMnP k w? ?? ? ? ??? () 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200246810搖桿角速度時間度/s0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 4 0 2 00204060水平速度時間mm/s哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 減速機(jī)工況系數(shù)為 ? ， 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 查表得到 傳動比 為 50i? 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 38 附錄 1 圖紙 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 39 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 40 。 電機(jī) 的運(yùn)行 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)動慣量分別為 ： 2M 1 . 2 6 6M 0 . 0 7 9 , 0 . 2 65 0 0 . 3 2 0 . 3r s N m MN m M N miR ?? ? ? ? ??? () 2 2220 . 2 5 5 0 0 . 2 550J k g c mJ k g c mi ?? ? ?負(fù) 載 () （ 2） 成品型號： CM030T50B3Φ25SZDX SolidWorks 設(shè)計(jì)及仿真 （ 1） SimulationXpress 仿真分析 ?連桿分析結(jié)果 最低安全系數(shù)： ，應(yīng)力分布如圖 412 所示。 ? ?? ?m a x m a xm a x m a x()()x l r r xy r r y??? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? () 搖臂設(shè)計(jì) 可以把搖臂簡化成懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁在簡單載荷作用下變形，其最大變形量為 ： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 33B Flv EI?? () 根據(jù)幾何關(guān)系公式推出式 ()： 22232BBBv Fll E Ivl v l ll?? ? ? ? ?????? ? ? ? ??? () 其中 500l r mm?? ，目標(biāo)質(zhì)量為 kg? 。 （ 1） 直線運(yùn)動單元三維裝配圖如圖 45 所示 。 同步帶按齒形可以分為梯形 齒同步帶和圓弧齒同步帶。 減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。 定性比較 方案 5 相對方案 4 反解簡單，其運(yùn)動耦合相對較弱，從運(yùn)動學(xué)計(jì)算結(jié)果可以得出方案 5 比方案 4 控制簡單，從機(jī)構(gòu)機(jī)械實(shí)現(xiàn)尺度分析，方案 5 比方案 4 的剛度要高，綜合這幾方面，“仿極坐標(biāo)系”方案相對于“機(jī)器手”方案具有特點(diǎn)： （ 1） 運(yùn)動耦合較弱； （ 2） 控制簡單方便； 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200246810搖桿角速度時間度/s0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 4 0 2 00204060水平速度時間mm/s哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 （ 3） 正、反解求解容易； （ 4） 剛度相對較高； （ 5） 負(fù)載相對較高。)。 x lyv vAv???? ????? ?????? () 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 其中 1 sin ( )0 cos( )rA r ?????? ???? () 如果 A 是可逆矩陣，那么式 ()可以寫成 ()形式 。x39。 B=[Vx。 Vy(1)=3。 1 12xyvA v?? ? ????? ?????? ?? () 式 ()就是機(jī)構(gòu)的輸入輸出速度關(guān)系表達(dá)式，矩陣 A1 就是雅克比矩陣。 方案 4 的運(yùn)動學(xué)分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 機(jī)構(gòu)由兩個轉(zhuǎn)動副組成，旋轉(zhuǎn)的兩個轉(zhuǎn)動副的軸線互相平行，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 圖如圖 32 所示，機(jī)械效果圖如圖 33 所示。其原理示意圖如圖 21 所示。 20176。使用 MATLAB 對這兩種構(gòu)型進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)計(jì)算，對運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行了定性比較，選取“仿極坐標(biāo)”構(gòu)型為裝置的機(jī)構(gòu)構(gòu)型。這種采用機(jī)械運(yùn)動的方法光損耗小 ,掃描范圍大和 結(jié)構(gòu)簡單 ,但是其掃描速度和精度相對較低。 本文主哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 要對模擬目標(biāo)二維 運(yùn)動 臺的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 運(yùn)動臺實(shí)現(xiàn)平面隨機(jī)運(yùn)動，單開鏈串聯(lián)機(jī)構(gòu)[8]是常見的平面二自由度開環(huán)機(jī)構(gòu)，其由 P 副（移動副）與 R 副（轉(zhuǎn)動副）構(gòu)成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 34 坐標(biāo)系 正解解析式如式 ()。 圖 35 Gosselin 方法示意圖 圓弧軌跡 最大軌跡 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 工作空間計(jì)算公式 ()： 2SR?? () R 為最大軌跡圓弧的半徑 。 a12=l*(sin(j1+j2))。度 /s39。 111111 2 2 21 2 2 21201c os( ) si n( ) 0si n( ) c os( ) 01x x l ty y tttx x y ty x y ttt????????? ? ??? ???? ? ? ???? ? ? ??? ??? () 式中 t1,t2參量為形成矩陣用。 dj1=dj/pi*180。)。同步齒帶相對于滾珠絲桿傳動具有傳動速度高，結(jié)構(gòu)緊湊，無需潤滑，傳動機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕，傳動距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，所以，這里直線運(yùn)動單元采用同步齒帶傳動方式。 （ 8