鉸鏈四連桿在積木式開源硬件平臺(tái)下的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、    鉸鏈四連桿在積木式開源硬件平臺(tái)下的設(shè)計(jì)要點(diǎn)    譚梓煒摘要：針對(duì)鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)在大型雷達(dá)天線折疊過程中的廣泛應(yīng)用，通過兩種鉸鏈連桿機(jī)構(gòu)的剛體動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析、精度定性分析的比較，獲取鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)在工程實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意和考慮的幾點(diǎn)事項(xiàng)。針對(duì)鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)解析法的復(fù)雜性，在建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幾何方程的基礎(chǔ)上，利用牛頓迭加法進(jìn)行數(shù)值求解。通過對(duì)不同步長(zhǎng)以及差分格式的選取比較，確定了計(jì)算桿件速度和加速度的合適的差分公式。運(yùn)用mad語(yǔ)言強(qiáng)大的計(jì)算及圖形可視化功能，獲得了精確的數(shù)值結(jié)果和提高了設(shè)計(jì)的效率。關(guān)鍵詞：鉸鏈四連桿；模塊化；makeblock一

2、 緒論1.1 研究現(xiàn)狀鉸鏈四連桿（rssr）機(jī)構(gòu)能夠用來獲得運(yùn)動(dòng)的空間定向軸之間的機(jī)械輸入輸出關(guān)系1。一個(gè)空間四桿機(jī)構(gòu)具有把連接固定連桿任意取向的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭或兩個(gè)球形接頭曲柄連接到耦合器連結(jié)的功能2。其曲柄機(jī)構(gòu)具有的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于錐齒輪的非線性關(guān)系，由輸入和輸出之間的聯(lián)系獲得。與齒輪聯(lián)軸器相比，它們軸之間具有相對(duì)大的距離修長(zhǎng)。分析一個(gè)空間四連桿機(jī)構(gòu)的合成是一個(gè)有吸引力和挑戰(zhàn)性的問題。一些作者已在剛性連接機(jī)制方面做出顯著的貢獻(xiàn)3。獲得部分或全部通過靈活的偏轉(zhuǎn)機(jī)制被列為柔順機(jī)構(gòu)，柔性機(jī)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)其具有顯著優(yōu)點(diǎn)。鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)是其中一種，鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以存儲(chǔ)為變形彈性能，所

3、以沒有必要對(duì)彈簧機(jī)構(gòu)返回到的原始位置進(jìn)行計(jì)算5。合規(guī)機(jī)制可以劃分為完全兼容和部分兼容兩種機(jī)制。近年來，一些研究人員已經(jīng)完成了分析設(shè)計(jì)鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的工作。但是，也有基于鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)一些缺點(diǎn)的研究，其中之一是因?yàn)閼?yīng)力局限導(dǎo)致相對(duì)小的位移。因此，鉸鏈四連桿的設(shè)計(jì)是柔順機(jī)構(gòu)研究的一個(gè)重要部分。文獻(xiàn)中已經(jīng)存在用于分析和柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾種方法，matlab技術(shù)可以連接關(guān)節(jié)和扭轉(zhuǎn)彈簧6。由此看來可以用于當(dāng)柔性機(jī)構(gòu)符合一定規(guī)律的設(shè)計(jì)計(jì)算，這樣，鏈接可以假定由剛性和彎曲樞軸兩部分組成，機(jī)制可以假定為扭轉(zhuǎn)彈簧。該技術(shù)適用于剛體開發(fā)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。1.2 鉸鏈四連桿（rssr）運(yùn)動(dòng)學(xué)分析在標(biāo)準(zhǔn)的rssr分析之

4、前，剛性rssr運(yùn)動(dòng)學(xué)分析過程是必需的.圖1顯示了prbm的應(yīng)用。無論繞其軸線耦合器（其也被約束在柔順rssr）如何旋轉(zhuǎn)，該機(jī)構(gòu)都具有一度的自由度7。一個(gè)rssr和一個(gè)約軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成空間的二軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的比例，運(yùn)動(dòng)可以是雙曲柄，曲柄搖桿或雙搖桿式的。參照?qǐng)D1，a2 =驅(qū)動(dòng)曲柄（聯(lián)系2），a3 =的長(zhǎng)度耦合鏈路（鏈路3），a4 =從動(dòng)連桿的長(zhǎng)度（聯(lián)系4），p的長(zhǎng)度=| oc|的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)的軸之間的共同長(zhǎng)度，f =從共用的腳垂直于通過點(diǎn)a所描述的曲柄圓的中心的距離，g =| cg|（從x軸正方向），=從共同的腳垂直于由點(diǎn)b中所述的曲柄圓的中心的距離，=曲柄角（逆時(shí)針方向測(cè)量）=從動(dòng)連桿的位移的

5、軸線之間的角度（x軸正方向）。二 開源平臺(tái)的設(shè)計(jì)2.1 makeblock軟件系統(tǒng)為了從機(jī)器人的模擬間斷網(wǎng)絡(luò)抽樣，一個(gè)名為“makeblock”的'軟件系統(tǒng)被開發(fā)出來，使用的是borland delphi5.0軟件開發(fā)工具。makeblock的主要功能有：1.提供一個(gè)友好的用戶界面；2.通過蒙特卡羅模擬的方法模擬一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中斷技術(shù)，在幾何擬合分布討論不連續(xù)套參數(shù)；3.判斷來自模擬間斷網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人三維動(dòng)作；4.計(jì)算電子模塊的頂點(diǎn)，體積，三維尺寸和三維形狀指數(shù)的坐標(biāo)；5.分析電子模塊的預(yù)測(cè)大小和形狀分布；6.用于輸入，編輯和排序3d和2d圖形塊并提供了一個(gè)多功能的圖形環(huán)境；7.使用內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫(kù)

6、管理所有的數(shù)據(jù)。makeblock的典型界面示見圖2。2.2 開源硬件平臺(tái)氣缸網(wǎng)用來設(shè)計(jì)樹模型，在攪拌機(jī)和圓飛機(jī)被用于設(shè)計(jì)樹中離開。材料和幾何形狀加入到樹模型。在這之后，樹模型導(dǎo)出2個(gè)文件，材料和.mesh。然后將這些2個(gè)文件保存在質(zhì)地中，轉(zhuǎn)化為.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夾，以便可以起到內(nèi)裝機(jī)器人仿真作用。立方體平面縮放可細(xì)分為10個(gè)模塊，然后選擇相應(yīng)的小方塊運(yùn)行，并將其擠壓至0.5mm的設(shè)計(jì)高度內(nèi)。室外環(huán)境不平整的地面是在機(jī)器人仿真內(nèi)提交的，并一步表示出來。材料和幾何形狀加入到該環(huán)境模型中。在此之后，環(huán)境模型輸出2個(gè)文件，材料和.mesh。然后將這2個(gè)文件保存在質(zhì)地并轉(zhuǎn)化

7、為.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夾，以便它可以在機(jī)器人仿真內(nèi)被裝載。2.3移動(dòng)應(yīng)用控制器該應(yīng)用程序使用了android設(shè)備，藍(lán)牙模塊控制無論是從觸摸按鍵的輸入或使用加速度計(jì)，都通過傾斜的android device.in的兩種模式，這是“按鈕模式”，由麻省理工學(xué)院應(yīng)用inventor軟件機(jī)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)的，這在圖5和圖6分別指出8。在“加速度模式”下，需要在android設(shè)備上予以傾斜，并按下“on”按鈕，輸入并發(fā)送到移動(dòng)夾持機(jī)器人。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)將與android設(shè)備的傾斜同步，每次按下“on”按鈕，在“按鈕模式”的android設(shè)備將會(huì)從觸摸屏讀取輸入發(fā)送特定的輸入移動(dòng)機(jī)器人。在

8、這種模式下，夾持器的控制將被用來包括加速計(jì)模式在內(nèi)的比較，并控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。升降機(jī)按鈕放下后，抓手、抓地力和釋放夾子是可用的。而在這種模式下，包括其它用于避免障礙的超聲波傳感器的檢測(cè)。與超聲波接通時(shí)，移動(dòng)把持機(jī)器人將自動(dòng)終止輸入，順序通過來自傳感器的讀數(shù)向前移動(dòng)，并可以打開任一方式。該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用arduino和藍(lán)牙模塊超聲波傳感器技術(shù)，增強(qiáng)了機(jī)器人的移動(dòng)夾持能力。添加的藍(lán)牙模塊具有特定mac地址，在android應(yīng)用程序中起編程作用，因此應(yīng)用程序?qū)o需用戶搜索或掃描，可用藍(lán)牙自動(dòng)連接到移動(dòng)夾持機(jī)器人。同時(shí)，超聲波傳感器可以用于檢測(cè)遇到的機(jī)器人，以便它可以避開障礙物。機(jī)器人控制流程示

9、見圖4。 2.4圖像處理首先，用戶需要確定目標(biāo)對(duì)象（垃圾）的顏色和形狀。通過跟蹤圖像處理調(diào)整色彩rgb9。除此之外，光強(qiáng)度變化的直方圖顯示色調(diào)設(shè)置。 還有，精確的邊緣檢測(cè)器與超聲波傳感器一起工作的技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用，并避免了障礙。接著，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)將與圖像處理同步運(yùn)行。此外，該機(jī)器人安裝的手臂和夾持器能夠夾住并拿起對(duì)象。因?yàn)?，這項(xiàng)目只是一個(gè)原型的機(jī)器人，夾具不具有抓握物體的重量大于5公斤的能力。表明用戶能夠使用機(jī)器人將受害者從災(zāi)難中救出，采摘放射性物質(zhì)，或改善戰(zhàn)略環(huán)境中的測(cè)試技術(shù)并且在制造組件中一起使用。第四章 結(jié)論本文證明，用簡(jiǎn)單的android和rssr設(shè)備和另外一個(gè)android應(yīng)用程序，可以被

10、用來控制移動(dòng)機(jī)器人。已經(jīng)有關(guān)于使用android設(shè)備的記錄，但該項(xiàng)目的主要目的是為了顯示源五金（android版，arduino的）和軟件如何打開（jmonkey，賈西姆平臺(tái)），可以集成到教學(xué)和學(xué)習(xí)創(chuàng)建一個(gè)框架，控制移動(dòng)機(jī)器人等研究項(xiàng)目。機(jī)器人仿真成功在于jmonkeyengine正確運(yùn)行。不同的環(huán)境是編程模擬里面不同的場(chǎng)景。該機(jī)器人仿真能夠訪問外部網(wǎng)絡(luò)攝像頭的實(shí)時(shí)視頻，并且能夠用于導(dǎo)航和目標(biāo)檢測(cè)。機(jī)器人能夠成功地檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象，并且可以識(shí)別真實(shí)機(jī)器人以及視覺機(jī)器人的位置。用戶可以通過流媒體直播的機(jī)器來監(jiān)控并使用機(jī)器人。參考文獻(xiàn)：1梁永江.四連桿飛剪機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究d.湖南大學(xué)，2009.2張珂.復(fù)擺顎式破碎機(jī)有限元優(yōu)化研究d.西華大學(xué)，2009.3關(guān)維娟，陳清華.平面連桿機(jī)構(gòu)的可視化運(yùn)動(dòng)分析及仿真j.機(jī)械，2008，v.3512：21-23.4王鷹宇.平面柔性機(jī)械設(shè)計(jì)方法d.四川大學(xué)，2003.5葉鵬.抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的數(shù)值模擬分析與試驗(yàn)研究d.東北石油大學(xué)，2011.6李娜.基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真d.西