【正文】 （ 4） 剛度相對較高； （ 5） 負(fù)載相對較高。運行時間為 （ 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。 end 仿真 結(jié)果 如圖 39 所示 。mm/s39。)。) xlabel(39。 subplot(2,1,2) stem(dl),title(39。度 /s39。)。) xlabel(39。 subplot(2,1,1) stem(dj1),title(39。 最大軌跡 圓弧軌跡 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 dl=diff(l)。 l=x500*cos(j)。 y=33*n500。 MATLAB 代碼： n=[1:20]。 工作空間分析 圖 39 Gosselin 方法示意圖 工作空間計算公式： 2 2S R R L?? ? ? () R 為圓弧軌跡半徑， L 為水平位移 。 x lyv vAv???? ????? ?????? () 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (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 。 arcsin( )cos( )yrl x r? ?? ???? ??? () arcsi n( )cos( )yrl x r?? ?? ????? ??? () 機構(gòu)的速度分析 式 ()對時間進(jìn)行微分得到 式 ()。 式 ()寫成矩陣形式得到式 ()和式 ()： x x1 x2 y1 y2 y l 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 121100 1 00 0 1x l xyytt? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? () 12c os( ) si n( ) 0si n( ) c os( ) 00 0 1xxyytt???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? () 由式 ()和式 ()可以推出式 () 2222222 2 22221 0 c os( ) si n( ) 00 1 0 si n( ) c os( ) 00 0 1 0 0 1c os( ) si n( )si n( ) c os( ) 00 0 1c os( ) si n( )si n( ) c os( )x l xlxytx y l txyt???????????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????????????? () 其中 x2=l1,y2=0， 最后得到正解關(guān)系式 ()。 根據(jù)該 機構(gòu)的幾何約束 關(guān)系 ,列寫關(guān)系方程如 下 (其中 R(0xy)為 靜 平臺 坐標(biāo) 系 ,搖 桿與 x 軸正向所 夾的傾角 為 θ),運動學(xué)反解就是要從已知 (x,y)解出 (r,θ),過程如下 ： 圖 38 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖 式 ()為平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式。 方案 5 的運動學(xué)分析 機構(gòu) 的運動簡圖 機構(gòu)由一個轉(zhuǎn)動副和一個移動副組成，移動副軸線與轉(zhuǎn)動副的軸線互相垂直，15 20 25 3088 . 599 . 5101 0 . 5111 1 . 5桿 1 角速度x度/s15 20 25 30 8 . 58 7 . 57 6 . 56桿 2 角速度x度/s哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 其機構(gòu)運動簡圖如圖 37 所示。 圖 36 速度 仿真曲線 兩曲線橫坐標(biāo)為 x，縱坐標(biāo)為桿角速度，角速度單位為度 /s，曲線水平區(qū)間為 （ 15,30cm） 。)。 ylabel(39。x39。桿 2 角速度 39。)。 ylabel(39。x39。桿 1 角速度 39。 E(k)=C(2)*180/pi。 C=inv(A)*B。 B=[Vx。 for k=1:501 A=[a11(k) a12(k)。 a21=l*(cos(j1)+cos(j1+j2))。 a11=l*(sin(j1)sin(j1+j2))。 j2=2*acos(r/(2*l))。 r=sqrt(x.^2+y.^2)。 x=Vx*t。 Vx=3。 Vy(1)=3。斜線方程設(shè)為： y=x， 兩桿長設(shè)為 30cm。 機構(gòu)的運動學(xué)計算 MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，其具有強大的科學(xué)計 算機數(shù)據(jù)處理能力和出色的圖形處理功能，正是由于它的這些優(yōu)點，所以 選擇 MATLAB 作為我們的控制計算工具。此法以求工作空間的邊界為目的，效率較高，且可以直接計算工作空間的體積 ，本文采用 Gosselin[10]方法。 Ficher 采用固定 6 個位姿參數(shù)中的 3 個姿態(tài)參數(shù)和一個位置參數(shù)，而讓其他兩個交 換研究了 6 自由度并聯(lián)機器人的工作空間。 同樣的機構(gòu)尺寸，串聯(lián) 機構(gòu) 比并聯(lián) 機構(gòu) 工作空間大；具備同樣的工作空間，串聯(lián)機構(gòu)比并聯(lián)機構(gòu)小?？蛇_(dá)工作空間是指操作器上某一參考點可以到達(dá)的所有點的集合，這種工作空間不考慮操作的位姿。 機構(gòu) 的工作空間是 機構(gòu) 操作器的工作區(qū)域，是衡量 機構(gòu) 性能的重要指標(biāo)。 1 12xyvA v?? ? ????? ?????? ?? () 式 ()就是機構(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。 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 (論文 ) 9 寫成矩陣形式 為 ()。 1 1 21 1 2[ c o s ( ) c o s ( ) ][ s in ( ) s in ( ) ]xlyl? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? () 通過極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式 ()及 幾何 關(guān)系式 ()可以得到兩個反解解析式。 圖 32 為機構(gòu)簡圖，靜坐標(biāo) R(0xy)建立在固定平臺上， θi 為桿 i 的轉(zhuǎn)角，兩桿長 度都 為 l， (r,θ)為極徑和極角。輸入輸出的誤差效應(yīng)可以定量地表示出來，并可以避免奇異問題，在理論和應(yīng)用上都有重要意義 。 解析法是通過消元法消去機構(gòu)約束方程中的未知數(shù)，從而獲得輸入輸出方程中僅含一個未知數(shù)的多 項式。當(dāng)給定 機構(gòu) 各輸入節(jié)點的位置參數(shù)，求解 機構(gòu)上平臺的位姿參數(shù)是 機構(gòu) 的運動學(xué)正解問題。運動學(xué)分析主要研究機構(gòu)正 反 解問題。 方案 4 的運動學(xué)分析 機構(gòu)運動簡圖 機構(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，其機構(gòu)運動簡哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 圖如圖 32 所示，機械效果圖如圖 33 所示。 “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)實現(xiàn)平面運動功能，這種平面運動裝置的機構(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。 P 副與 R 副的組合構(gòu)成的單開鏈串聯(lián)機構(gòu)方案如表 31。 對于運動臺 ，其運行范圍和運行靈活性要求高，定位精度要求普通，所以，運動 臺機構(gòu) 設(shè)計主要考慮 開環(huán)形式。 5mm； （ 5） 運動臺結(jié)構(gòu)簡單，體積小。 設(shè)計目標(biāo) 運動臺為 跟瞄系統(tǒng) 提供 模擬目 標(biāo) ，系統(tǒng)的視場 以及跟瞄距離決定模擬目標(biāo)最小 運動范圍；跟瞄效果的 驗證要求 運動臺 能夠提供模擬目標(biāo)的準(zhǔn)確運動信息，這對運動臺的 定位 精度提出了要求 ；跟瞄 系統(tǒng)的反應(yīng)時間對運動臺的運行速度也提出了要求 ， 同時運動臺的 靈活性及 可操作性 對 實驗者的工作效率 也有很大的影響 。一般地，機構(gòu)系統(tǒng) 優(yōu)化 設(shè)計 的 過程如圖 31 所示 。圖 22 是整個 跟瞄 系統(tǒng)實驗裝置圖。其原理示意圖如圖 21 所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 第 2 章 系統(tǒng) 設(shè)計 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 。本文研究內(nèi)容主要包括 運動 臺機構(gòu)方案優(yōu)選和機械設(shè)計及仿真分析兩部分。 模擬目標(biāo)二維 運動 臺實現(xiàn) 隨機 可控，是一套 典型 的機電一體化系統(tǒng) 。模擬目標(biāo)二維 運動 臺為系統(tǒng)提供跟瞄目標(biāo)，因此，設(shè)計一套 隨機 可控的、運行靈活的模擬目標(biāo)二 維 運動 臺是課題的迫切需求。 基于液晶的光學(xué) 相控陣技術(shù) 在 目標(biāo)捕獲、高精度跟蹤 /瞄 準(zhǔn)中的應(yīng)用不斷深入，促使我們給予足夠的重視。 2021 年美國空軍研究實驗室展示了研制的二維光束偏轉(zhuǎn)器件，其方位和仰俯視場角為 177。此外 ,他們正在發(fā)展口徑尺寸在 10 cm10 cm 以上 ,相控單元更多 ,偏轉(zhuǎn)范圍更大 的光學(xué)相控陣器件近年來 ,在美國國防高級研究 計劃局 (DAPRA)的 “靈巧控制光束 (STAB)”項目 支持下 ,Raytheon/Rockwell,空軍高級研究實驗室 等均獲得資助從事光學(xué)相控陣技術(shù)研究。 20176。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。為了 提高光束掃描速度 ,減小器件的體積重量 ,適應(yīng)空間 等特殊領(lǐng)域應(yīng)用的需要 ,人們正在對光學(xué)相控陣技 術(shù)進(jìn)行深入的研究 [2]。傳統(tǒng)的光束掃描通常是采用一個轉(zhuǎn)鏡或振鏡來實現(xiàn)的。 belt drive。 Simulated target device。 關(guān)鍵詞 ：隨機可控； 模擬 目標(biāo)裝置；運動學(xué)計算；同步帶傳動；受力仿真分析 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) II Abstract In the research of liquid crystal optical phased array applied in the tracking / target acquisition (APT) technology, a controlled simulation of random targets, which were controlled device is a simulated target A typical mechatronic devices is needed in the vertical plane of the farfield Tracking System. In this paper, the primary interest is the research and design of the mechanical structure of the device, five kinds of device body configuration is proposed, and the paper mainly focuses on analysis of the robotic arm configuration and imitation polar configuration. Using MATLAB to finish the kinematics calculations of these tw