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正文內(nèi)容

五自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2025-07-05 09:40本頁面
  

【正文】 于PTP型。 首先,按機(jī)器人控制方法的不同,可分為點(diǎn)位控制型(PTP),連續(xù)軌跡控制型(CP): (a) 點(diǎn)位控制型(Point to Point Control):機(jī)器人受控運(yùn)動(dòng)方式為自一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)向另一個(gè)點(diǎn)位目標(biāo)移動(dòng),只在目標(biāo)點(diǎn)上完成操作。由于工作空間的形狀和大小反映了機(jī)器人工作能力的大小,因而它對于機(jī)器人的應(yīng)用是十分重要的。本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人是5DOF機(jī)器人。在這些關(guān)節(jié)中,單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)稱為主動(dòng)關(guān)節(jié)。相應(yīng)地,以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)稱為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 與機(jī)器人有關(guān)的概念 以下是本文中涉及到的一些與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念。 從以上特點(diǎn)可見,一個(gè)好的機(jī)器人設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使其機(jī)械系統(tǒng)的抓重——自重比盡量大,結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)剛度盡可能好,并盡量提高系統(tǒng)的固有頻率和改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本文所用的三個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),屬于開環(huán)控制型。 (3) 連桿驅(qū)動(dòng)扭矩的瞬態(tài)過程在時(shí)域中的變化是非常復(fù)雜的,且和執(zhí)行件反饋信號(hào)有關(guān)。這和普通的連桿系不同,在普通連桿系中,所有的連桿運(yùn)動(dòng)都出自同一驅(qū)動(dòng)源,各連桿間的運(yùn)動(dòng)是互相制約的。為實(shí)現(xiàn)要求的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng),在大多數(shù)工作時(shí)間內(nèi),連桿系末端是無法加以支撐的,因而操作機(jī)的結(jié)構(gòu)剛度差,并隨連桿系在空間位姿的變化而變化。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合本人的設(shè)想,和設(shè)計(jì)工作中需要解決的任務(wù),本文主要研究機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要進(jìn)行以下工作: 本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)方案確定后要運(yùn)用AutoCAD和Pro/Engineer軟件把其平面裝配圖及其立體圖做出。因此,本機(jī)器人的研制成功,對機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)及科研有著十分重要的意義。 本文研究的意義及主要內(nèi)容 我們所設(shè)計(jì)的五自由度工業(yè)機(jī)器人,可以為進(jìn)一步研究工業(yè)機(jī)器人的工作原理和工作過程奠定一定的基礎(chǔ)。用戶根據(jù)作業(yè)給出的各個(gè)路徑點(diǎn)后,路徑規(guī)劃的任務(wù)包含: 解變換方程(運(yùn)動(dòng)學(xué)正解)、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)反解和插值運(yùn)算等;在關(guān)節(jié)空間進(jìn)行規(guī)劃時(shí),大量工作是對關(guān)節(jié)變量的插值運(yùn)算。最后,對內(nèi)部描述的軌跡,實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加 速度,生成運(yùn)動(dòng)軌跡。首先對機(jī)器人的任務(wù)、運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡進(jìn)行描述。所謂軌跡是指機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中的位移、速度和加速度。 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立與求解是一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),一直受到廣泛的關(guān)注,但仍然是當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn),有著一定的發(fā)展空間。工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)位置正解的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解法也開始進(jìn)行探討。 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的計(jì)算過程需要解多元非線性方程組,數(shù)學(xué)上尚無完備的方法求其解析解,機(jī)構(gòu)學(xué)研究者采用數(shù)值分析的方法,取得了一系列進(jìn)展。目前對具有特殊形狀的機(jī)器人機(jī)構(gòu)如球形手腕機(jī)器人機(jī)構(gòu),其逆解是封閉的,但并不唯一。 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題的研究目前主要是利用齊次坐標(biāo)變換矩陣方法將位置和姿態(tài)統(tǒng)一描述,該法思路清晰,但運(yùn)算速度較慢,隨著機(jī)器人機(jī)構(gòu)自由度的增加對運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的討論帶來很多不便。 但是由于國內(nèi)機(jī)器人的科研與開發(fā)與國外尚有較大差距,雖然計(jì)劃開發(fā)的機(jī)器人基本上采用的是在國外基木成熟的技術(shù),但國內(nèi)各單位對這些技術(shù)的了解有相當(dāng)部分還停留在文獻(xiàn)上或局部技術(shù)上。由于目前我國機(jī)器人的基礎(chǔ)數(shù)量太低,以工業(yè)機(jī)器人為例,%~2%,這與我國作為21世紀(jì)前半葉世界主要制造國的要求差距太大,如果這種差距只能以進(jìn)口機(jī)器人來彌補(bǔ),其巨大損失不是可以用貨幣損失來計(jì)算的。而我國作為一個(gè)工業(yè)大國,不能寄希望從其他國家得到真正的高技術(shù),必須自主的發(fā)展我國的高技術(shù),機(jī)器人作為高技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,將成為21世紀(jì)各國爭奪的經(jīng)濟(jì)技術(shù)制高點(diǎn)。我國機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步,而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期,這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機(jī)。 我國近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn),并給用戶帶來顯著效益[9]~[12]。這是中國機(jī)器人事業(yè)從研制到應(yīng)用邁出的重要一步。從20世紀(jì)80年代末到20世紀(jì)90年代,國家863計(jì)劃把機(jī)器人列為自動(dòng)化領(lǐng)域的重要研究課題,系統(tǒng)地開展了機(jī)器人基礎(chǔ)科學(xué)、關(guān)鍵技術(shù)與機(jī)器人元部件、先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)的研究及機(jī)器人在自動(dòng)化工程上的應(yīng)用。過去機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性一般為幾千小時(shí),而現(xiàn)在已達(dá)到5萬小時(shí),幾乎可以滿足任何場合的需求。 (5) 網(wǎng)絡(luò)通信功能:日本 YASKAWA 和德國 KUKA 公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與 Canbus、Profibus 總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接,使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò) 化應(yīng)用邁進(jìn)了一大步,也使機(jī)器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備有了發(fā)展。 (4) 傳感系統(tǒng):激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機(jī)器人系統(tǒng)中已得到成功應(yīng)用,并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè)等,大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。人機(jī)界面更加友好,基于圖形操作的界面也已問世。意大利COMAU公司,日本FANUC等公司已開發(fā)出了此類產(chǎn)品。以德國 KUKA 公司為代表的機(jī)器人公司,將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開鏈結(jié)構(gòu),拓展了機(jī)器人的工作范圍,加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用大大提高了機(jī)器人的性能。本文主要針對五自由度工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了培養(yǎng)機(jī)器人開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)方面的人才,我國很多高校也為本科生和研究生開設(shè)了機(jī)器人學(xué)課程。許多發(fā)達(dá)國家均把機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)、研究列入國家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃。”目前,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,其發(fā)展趨勢主要為:結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化;控制技術(shù)的開放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化;伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化;多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化;工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面??傏厔菔菑莫M義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)(RT) 概念轉(zhuǎn)移;從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決工程應(yīng)用方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣闊,其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高,功能越來越強(qiáng),并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。 工業(yè)機(jī)器人研究的現(xiàn)狀與意義 機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域,是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成。一般多自由度串聯(lián)機(jī)器人具有4~6個(gè)自由度,其中2~3個(gè)自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的位置,其余2~3個(gè)自由度決定了末端執(zhí)行器在空間的姿態(tài)。我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是:“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器,所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力,是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,機(jī)器人功能和性能的不斷改善和提高,機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,其應(yīng)用范圍已不限于制造業(yè),還用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通運(yùn) 輸業(yè)、原子能工業(yè)、醫(yī)療、福利事業(yè)、海洋和太空的開發(fā)事業(yè)中。目前工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于制造業(yè)中,特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、金屬加工以及金屬制品業(yè)等。20世紀(jì)90年代初期,工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與需求達(dá)到了一個(gè)高峰期。 20世紀(jì)80年代工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入普及時(shí)代,汽車、電子等行業(yè)開始大量使用工業(yè)機(jī)器人,推動(dòng)了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本雖
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