移动并联机构范文（精选7篇）
移动并联机构 第1篇
与六自由度并联机构相比,少自由度并联机构具有结构简单、刚度大、精度高、负载能力强、高速性能好、控制简单等特点[1,2],成为近几年研究的热点之一。正交3-PRRRR移动并联机构(如图1所示)是一种完全解耦的机构,通过3条PRRRR支链把动平台和定平台连接,各支链之间无耦合运动。动平台的3个转动自由度受到约束,只有空间的3个移动自由度。由于该机构各支链之间无运动牵连,运动控制简单。该并联机构由于具有无误差累积、高速性能好的特点,因而能够在搬运、定位、分拣操作等工业应用中发挥独特的优势。
LabVIEW是美国NI公司开发的一种基于图形化的编程语言[3,4],具有灵活直观的编程效果和强大的开发功能,在工业领域被广泛应用。NI运动助手(Motion Assistant2.3)是LabVIEW生成代码的附加工具,它可在交互式三维环境中开发LabVIEW运动控制应用程序。
本研究构建3-PRRRR移动并联机构控制系统,以PCI-7340运动控制卡为核心,在LabVIEW8.5的开发平台下,借助Motion Assistan2.3生成LabVIEW运动控制程序。它不仅能够实现单轴和多轴的运动控制,还可以设置运动形式以及速度、加速度等条件,可以显示在空间中的轨迹变化。
1 系统组成
1.1 机构描述
正交3-PRRRR移动并联机构采用对称的结构,动平台和定平台通过3条相同的PRRRR支链连接,3条支链成正交分布状态。静坐标OXYZ和动坐标系Pxyz的轴线方向一致只是坐标原点不同,如图2所示。Pi(i=1,2,3)表示第i条支链的移动副,它们是机构中的驱动副。Rij(i=1,2,3;j=1,2,3,4)表示第i条支链中的第j个转动副,它们是从动副。Ai、Ci、Di分别是每个运动副的中心点,运动副Ri1和Ri2轴线垂直相交,而Bi是交点中心。在PRRRR支链1中,移动副P1的轴线、转动副R12、R13、R14与X轴方向一致,R11轴线方向与Y轴方向一致;在PRRRR支链2中,移动副P2的轴线、转动副R22、R23、R24与Y轴方向一致,R11轴线方向与Z轴方向一致;在PRRRR支链3中,移动副P3的轴线、转动副R32、R33、R34与Z轴方向一致,R11轴线方向与X轴方向一致。D1x、D2y、D3z分别表示移动副的起始点离静坐标原点O的偏移距离。移动副作为驱动副,驱动行程分别为q1、q2、q3。平台的位置P=(Px,Py,Pz),在静坐标系下根据P点在不同支链下的坐标可得机构的运动学正解,即:
Px=D1x+q1
Py=D2y+q2
Pz=D3z+q3
1.2 系统原理
控制系统的硬件主要包括计算机、运动控制卡、多功能数据采集卡、电机驱动器、并联机构以及电源等,系统结构如图3所示。
首先计算机上的LabVIEW软件发出控制指令,运动控制卡接收指令,通过多功能数据采集卡发出一定的高、低电平脉冲信号,电机驱动器对脉冲信号进行功率放大,放大后的信号接入步进电机,从而驱动步进电机按照设定的转动方向转动。通过改变高低电平转换的时间间隔,来调节或改变脉冲信号的频率,以达到控制步进电机转速的目的[5]。
由于正交3-PRRRR平移并联机构是完全解耦,它的支链之间无牵连运动。X、Y、Z轴方向上都是由步进电机驱动滚珠丝杠代替移动副。运动控制卡提供对每个步进电机的控制,每个轴既可以彼此毫无关联,也可以存在联动关系,包括单轴和多轴点对点运动。
1.3 硬件组成
该控制系统采用NI公司的PCI-7340运动控制卡、UMI-7764多功能数据采集卡、Haydon DCM4010电机驱动器、Haydon直流步进电机、24 V、5 V开关电源组成的硬件系统[6]。系统连接如图4所示。
PCI-7340运动控制卡采用了先进的双32位处理器,可最多执行10个用户程序。它可以同时控制四轴的独立或联动运动。步进轴既可以工作在开环方式系统又可以工作在闭环方式系统,每个步进轴都支持全步、半步和细分步功能[7]。
UMI-7764是一款与运动控制卡相配套的多功能数据采集卡,它能够方便地将NI的运动控制卡与直流电源、步进电机驱动器、电机等相连,不需要其他辅助配线工具,直接可通过SHC68-C68-S屏蔽电缆线连接UMI-7764和PCI-7340控制卡。
Haydon DCM4010型驱动器把从控制器发出的信号转换为高电流信号驱动电机。电机驱动器要与电机匹配,步进电机驱动器能与步进电机相连,而不能与伺服电机相连。驱动电流、电压的大小将影响电机的运转。它的直流供电电压值范围为12 V～40 V;驱动电流范围0.15 A～1.06 A。驱动器侧面有6个手拨开关,SW1～SW3调整驱动电流大小,SW4～SW6调整电机的细分步。
1.4 硬件连接
四线直流步进电机直接与步进电机驱动器的A+、A-、B+、B-端口相连;OPTO是+5 V信号输入端,可直接与UMI-7764上的+5 V端口相连;ENA是使能端,当此端为低电平时电机停转,不用此端,将它与+5 V的高电平相连;+V和GND是24 V电压的输入端,可与开关电源相连;DIR是方向电平输入端,与UMI-7764上DIR(CCW)连接,控制电机的正反转;PUL是步进脉冲信号连接UMI-7764上STEP(CW)端。具体连接图如图5所示。
2 LabVIEW系统软件编程
2.1 软件功能
系统软件控制程序实现的功能包括:控制卡初始化、运行参数设置、运行方式设置、运行状态查询等[8,9]。能完成多轴运动功能的程序,即可实现单轴直线运动控制、两轴平面运动控制、三轴空间运动控制,并通过三维坐标显示在空间的轨迹。
2.2 功能实现
Motion Assistant2.3可以执行直线运动和曲线运动。只需要在相关的界面设置运动的参数,相应的轨迹就会实时显示。它可以设置一维、二维、三维的运动,还支持对X、Y、Z轴电机的选择、速度、加速度、运动目标位置和运动模式的设置。因此可以很方便地设计一些复杂的运动,最后通过转换生成LabVIEW的运动控制代码。通过对生成的代码进行修改和添加相应的功能,最终得到一个完整的系统。软件流程如图6所示。
首先通过Motion Assistant2.3软件(如图7所示)Add Step菜单可添加运动控制相关的子SubVI程序。对于3-PRRRR移动并联机构首先添加Reference Move子程序,它借助于位置传感器帮助动平台寻找零点。再添加Straight Line Move子程序,设置成三维的运动控制,并选择对应X、Y、Z轴上运动控制卡轴的参数。通过界面中的工具菜单转化成LabVIEW代码,在LabVIEW的平台下加入其他的功能。3-PRRRR移动并联机构的控制界面,如图8所示。
整个程序可对运动模式进行选择,实现单轴或多轴的复合运动。由于PCI-7340运动控制卡最多提供四轴运动控制,可以修改X、Y、Z轴对应的4个控制轴。运动参数控制包括目标位置坐标、运动速度、加速度、急动加速度等参数的设置。此外本程序还增加了错误报告显示的功能,若控制过程中出现错误,可在错误报告栏中查看错误报告,以便做出相应处理。一旦出现不可控制的状态,可通过紧急开关终止程序运行,以保护整个机构不会受到损坏。
3 样机实验
在进行试验前首先要保证电机、运动控制卡、电源等元件能正常工作。首先运行Max程序,检验PCI-7340运动控制卡是否可被检测到,如果显示则代表运动控制卡正常。其次检验5 V和24 V的电源指示灯是否亮。最后打开3-PRRRR移动并联机构控制系统,设置机构的运动参数,最终启动程序运行。
单轴运动实验是单独驱动Y轴,具体参数设置的人机界面如图9所示。其机构位置如图10所示。
三轴驱动实验的运动参数人机界面如图11所示。相应的机构位置图如图12所示。
4 结束语
单轴和多轴驱动实验表明,基于LabVIEW的3-PRRRR移动并联控制系统通过调整运动方式和运动参数使动平台运行稳定,能够实现独立和联动的控制方式,并把动平台的轨迹在空间内显示。为了完善对动平台的控制,需要提高系统的精度。动平台的位置归零和误差补偿修正将是下一步研究的方向,最终目的是提高机构的控制精度。该系统具有良好的人机交互界面,操作简单方便。通过LabVIEW构建的运动控制系统可以大大提高开发的便捷性,为并联机构的广泛应用提供重要的参考价值。
摘要：针对正交3-PRRRR移动并联机构特点,采用“PC+运动控制卡”的方案设计了正交3-PRRRR移动并联机构的控制系统。系统主要由硬件和软件两部分组成。以NI公司的LabVIEW8.5作为开发平台,通过PCI-7340四轴运动控制卡和UMI-7764多功能数据采集卡实现对机构3个自由度的驱动控制。实验结果表明控制系统能够准确地实现单轴和多轴的联动控制,包括对动平台的位置、速度和加速度等运动参数的设置。该系统软件操作方便、界面友好。
关键词：移动并联机构,LabVIEW,控制系统
参考文献
[1]MERLET J P.Parallel robots[M].2nd ed.Netherland:Kluwer Academic Publishers,2000.
[2]KIM H S,TSAI L W.Design optimization of a Cartesianparallel manipulator[J].Journal of Mechanical Design,2003,125(1):43-51.
[3]申炎华,王汝杰,雷振山.LabVIEW入门与提高范例教程[M].1版.北京:中国铁道出版社,2006.
[4]陈锡辉,张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].1版.北京:清华大学出版社,2007.
[5]王伟,熊静琪.在LabVIEW平台上构建一种二维运动控制系统[J].中国测试技术,2005,31(6):104-106.
[6]毛计庆,云乃彰,孟轶,等.LabVIEW_快速构建步进电机控制系统的利器[J].电机与控制应用,2009,36(1):30-32.
[7]韩同彬,刘洁瑜,汪立新,等.基于虚拟仪器转动平台自动化控制系统[J].兵工自动化,2009,28(3):65-67.
[8]陆绮荣,庄松林,徐永杰,等.LabVIEW 8.2平台上步进电机控制系统的设计[J].计算机工程与应用,2008,44(23)77-79.
浅析移动电站的并联运行 第2篇
柴油发电机组的并联运行主要有两个方面的内容:1) 投入并网时的同步操作, 2) 机组并联后的功率分配控制。
1 投入并网时的同步操作
柴油发电机组实现同步并网的理想条件有三个:1) 电压幅值应相等;2) 电压角频率应相等;3) 合闸的瞬间相角差应为零。实现机组同步并网的条件是相互关联、相互依存的, 在并联运行时, 所有机组都要对自身的相关参数进行实时调控, 使其与事先设定的相关标定值以及其它的机组相一致, 才能使得整个并机运行的系统对外提供电能时工作是可靠的。
满足上述三个理想条件, 就表示了在断路器两侧的电压向量重合而且没有相对运动, 此时的电压差Ud等于0, 冲击电流也等于零, 发电机和系统立刻同步运行, 不会发生任何的扰动。在电力系统中, 实现同步的方式可分为自同步和准同步两类。在G B 14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》中规定:“在正常运行情况下, 同步发电机的并网应采用准同步方式”。
所谓准同步方式, 即将待同步并网的发电机在投入系统之前, 通过调节器去调节原动机的转速, 使发电机的转速接近于同步转速;发电机的励磁电流则通过励磁调节装置来调整, 使发电机的端电压接近于系统的电压, 当同步条件中的压差以及频差满足给定值时, 在零相位差来临前选择合适的时刻闭合断路器, 断路器的触点在闭合瞬间引发的冲击电流小于允许值, 发电机被迅速地拉入同步运行。
当满足并网的条件时采用准同步并网方式, 其优势是:在控制得当时形成的冲击电流可以很小, 对电网没有冲击和扰动。依据控制自动化程度的高低, 准同步并联方式又分成手动和自动两种。伴随着微机控制技术的不断发展, 单片机实现控制的自动并网运行单元具备了体积小、控制灵活、成本较低等优点, 由单片机作为主处理器的自动并网运行技术也被广泛地使用。
2 机组并联后的功率分配控制
当电网总负荷与并网运行的机组总容量相接近时, 若功率分配不均衡, 就会使得一台机组的发电机、原动机或其调压器过载, 其余机组则会处于轻载或空载状态, 不能发挥并联运行的优势, 严重时会损坏设备, 轻则会使设备的使用寿命缩短。对普通的柴油机发电系统而言, 其调速器的作用就是按照发动机的转速变化来调整柴油机喷油泵的供油量, 使转速能够稳定在一定的数值, 以保证发电机的正常频率输出, 最终使电网有功功率分配体现在系统里各组供油量的变化上。
电网有功功率对柴油发电机组的频率影响可用机组的调频特性来说明。一台柴油机承担电网的有功功率的大小和它的频率降低Δf是成正比的。
对合理分配机组有功功率实现自动控制以及对电网频率进行自动调节, 有许多方案可以采用, 本文采用虚有差法来说明。虚有差法就是指在加入并联的每台机组上, 装有按功差以及频差综合信号进行调节的自动控制系统单元, 在它的控制下电网的负载是按给定的比例实现自动分配, 能够保持电网的频率为额定频率, 利用此方法, 还可以进行解列时负载的自动转移、并网后负载的转移。这种方法中, 每台发电机原动机的调速器为有差特性且调差系数亦不相等, 却能实现无差的调整结果, 故而虚有差法获得了广泛的应用。
3 并联运行的控制
为使移动电站机组的同步操作和功率分配控制能顺利进行, 我们可以对日益发展的单片机控制技术加以充分的利用, 在同一个模块中将这两个环节的控制集成在一起, 开发出数字式同步器和负荷分配器:D SLC (D igital Synchronizerand Load C ontrol) , 用以实现移动电站机组并联运行的数字控制。D SLC在柴油发电机组并联运行中的应用如图所示。
当然, 要想实现移动电站机组良好、可靠的并联运行, 除了要知道机组并网时的同步操作条件、原理和投入并联后的功率分配控制原理、方法以及控制方案, 还必须对整个网络的硬件和软件进行研究和设计, 以实现最好的供电效益。
摘要：本文主要分析了作为移动电站供电单元的柴油发电机组在多机并联运行时的两方面的内容:并网时准同步方式的条件及其原理;并联后机组利用虚有差法实现有功功率的分配控制。提出了用单片机实现移动电站机组并联运行的数字控制。
6-PSS空间并联机构的刚度特性 第3篇
机构刚度是描述并联机构特性的一个重要指标和刚度控制的基本参量。早在20世纪90年代初, Gosselin[1]对不同类型并联机构的刚度特性进行了分析。Griffis等[2]、Duffy[3]用几何学上的线性弹性模型, 研究了Stewart-Gough平台的刚度矩阵。高峰等[4]对并联机器人的静刚度进行了研究。敖银辉等[5]针对典型的串联和并联机构, 建立了动力学模型, 分析了在外力输入时机构的静刚度和动刚度。孙立宁等[6]对一种大行程柔性铰6-PSS并联机构的刚度进行了分析。韩书葵等[7]应用螺旋理论对刚度矩阵为非方阵的少自由度并联机构的刚度分析。Liu等[8]、Huang等[9]也对并联机床的刚度估算和优化问题进行了系统的研究。20世纪90年代末, Huang等[10]、Chen等[11]在对并联机构刚度特性研究时指出, 在以前机构刚度研究中应用的转换矩阵没有考虑在外力作用下的机构的几何形变, 所求得的刚度值存在很大误差, 并给出了并联机构的守恒协调转换 (CCT) 矩阵。Li等[12]基于守恒协调转换刚度矩阵对3-RRR平面并联机构和3-RPR平面并联机构的刚度特性进行了分析。陈吉清等[13]也考虑了几何和载荷变化对刚度的影响, 但没给出具体表达式。
本文基于并联机构的守恒协调刚度矩阵, 对6-PSS空间并联机构的刚度映射及其刚度特性进行研究, 探求机构参数和外力对机构刚度及机构性能的影响, 为该类并联操作手的刚度控制、机构的构型设计和参数选择提供依据[14]。
1 6-PSS空间并联机构刚度矩阵
1.1 并联机构的守恒转换刚度矩阵
并联机构的守恒转换刚度矩阵KC具有下述形式[10,11]:
KC=KG+JTKjJ=KG+SJ (1)
式中, KG为外力作用下机构的几何形变产生的刚度变化矩阵;SJ为机构结构位形刚度矩阵;J为机构的雅可比矩阵;Kj为关节刚度矩阵, 通常为具有常量kii的对角矩阵。
空间并联机构的刚度变矩阵为
T=[T1T2 … Tn]T
其中, T为驱动力 (或驱动力矩) , 它与动平台作用于外界的参量F=[f M]T间的关系可表示为F= JTT;f、M分别为对应的力和力矩分量。
1.2 6-PSS空间并联机构的刚度矩阵
1.2.1 6-PSS空间并联机构的雅可比矩阵
建立的6-PSS空间并联机构结构与坐标系如图1所示。6根定长杆分别与动平台和驱动装置输出端构成球铰副, 各驱动副均垂直安装在定平台上, li (i=1, 2, …, 6) 代表对应分支长度向量。
在oxyz坐标系中, Bi和Pi的位置分别用Bi= [BixBiyBiz]T和Pi= [PixPiyPiz]T表示, 动坐标的中心用o′=[x y z]T表示, 而Pi在动坐标系o′x′y′z′中的位置用P′i=[P′ixP′iyP′iz]T表示。机构运动学约束方程为
(Pix-Bix) 2+ (Piy-Biy) 2+ (Piz-Biz-li) 2=L2 (3)
式中, qii为旋转矩阵分量。
将式 (3) 对时间求导, 可得速度方程为
式中, ωx、ωy、ωz分别为动平台分别绕定坐标系x、y、z轴旋转的角速度;Di、Ei均为系数。
将式 (4) 展开可写成矩阵形式为
式中, A为6-PSS空间并联机构的雅可比矩阵。
或写成
ai1=Pix-Bixai2=Piy-Biy
ai3=Piz-Biz-liai4=Di
ai5=Eiai6=Fi
hii=Piz-Biz-li
Pix=x+P′ixcos λcos β+P′iy (-sin γcos α+
cos γsin βsin α) +P′iz (sin γsin α+cos γsin βcos α)
Piy=y+P′ixsin γcos β+P′iy (cos γcos α+sin γsin βsin α) +
P′iz (-cos λsin α+sin γsin βcos α)
Piz=z+P′ixsin β+P′iycos βsin α+P′izcos βcos α
由于式 (5) 中既含有关节变量li又含有直角坐标变量x、y、z、α、β、γ, 需要建立联系方程消去li, 从而使雅可比矩阵仅含有直角坐标变量, 便于机构刚度的分析。以任一支链为对象进行分析, 根据图2可建立方程:
l
解方程可得
cos θi=sin φi= (Piz-Biz) /ρi
可求得系数Di、Ei[14]。
1.2.2 6-PSS空间并联机构的刚度矩阵
若用g11、g22、g33、g44、g55、g66、j11、j22、j33、j44、j55、j66分别表示KG和SJ矩阵的对角元素, KCx、KCy、KCz、KCα、KCβ、KCγ分别为6-PSS空间并联机构的刚度矩阵KC在x、y、z、α、β、γ主方向的分量, 则可推导出:
其中, 机构刚度矩阵的SJ部分为解析表达式, 而其KG部分由于表达式较繁琐, 仅给出部分解析表达式, 但不影响分析和计算。
2 6-PSS空间并联机构刚度映射与特性分析
2.1 方法与步骤
根据式 (5) ～式 (10) , 设定动平台姿态α、β、γ, 在工作空间内以一定的密度计算x、y、z、α、β、γ方向的刚度KCx、KCy、KCz、KCα、KCβ、KCγ。应用计算机软件的绘图功能, 绘制出机构刚度映射的等值曲线。文献[1]给出了由刚度矩阵求解刚度映射曲线的具体方法和步骤。
2.2 6-PSS空间并联机构刚度映射曲线
2.2.1 结构参数
6-PSS空间并联机构的结构参数如表1所示。
2.2.2 刚度映射曲线
由上文可知, 在机构参数和工作姿态确定的情况下, 机构在z方向刚度为定值。因此, 本文中只给出6-PSS空间并联机构在其他5个方向的刚度映射曲线。在表1的结构参数下, 用MATLAB对式 (8) ～式 (13) 进行编程, 得出6-PSS空间并联机构在不同外力作用下的刚度映射等值曲线图。
当T=[0 0 0]T、kii=1N/μm、α=0.1rad, β=0.1rad、γ=0.1rad、z=52.5cm时, 6-PSS空间并联机构在oxy平面的刚度映射的KCx、KCy、KCα、KCβ、KCγ曲线如图3所示。当T=[1]T (N, N, N·cm) 、kii=0、α=0.1rad、β=0.1rad、γ=0.1rad、z=52.5cm时, 6-PSS空间并联机构在oxy平面的刚度映射的KCx、KCy、KCα、KCβ、KCγ曲线如图4所示。
2.3 6-PSS空间并联机构刚度特性分析
分析式 (8) ～式 (13) 及上述刚度映射曲线可知, 6-PSS空间并联机构的刚度是机构构型的函数, 并与外力T和关节刚度Kj成比例, 而且机构的刚度不仅与外力T的大小有关, 也与外力T对机构作用的方向有关。动平台处于不同姿态时, 机构刚度值也不同。
在x方向和y方向上的刚度随li的减小而增大。刚度映射曲线为弧状曲线, 该曲线为椭圆的一部分。椭圆长短轴位置随动平台姿态不同 (α、β、λ取值不同) 而变化。刚度映射曲线以椭圆长
轴为对称轴对称分布。在机构工作空间内, 靠近椭圆中心的位置, 刚度值小, 而远离椭圆长轴中心时, 刚度值逐渐增大。
在z方向的刚度为一定值。当动平台姿态 (α、β、γ取值) 确定后, 机构在x、y、α、β、γ方向的刚度与动平台z坐标取值无关。
在α方向上的刚度随li的减小而增大。刚度映射曲线成弧线状分布。刚度值随x坐标取值增大而增大。在机构工作空间内刚度值较大。
在β方向上的刚度随li的减小而增大。刚度映射曲线成弧线状分布。刚度值随x坐标取值增大而增大。在机构工作空间内动平台姿态角取值为α=0、β=0.1rad、γ=0.2rad时, 比姿态角为α= 0.1rad、β= 0.1rad、γ=0.1rad的刚度值大。
在γ方向上的刚度随li的减小而增大。刚度映射曲线成环形分布, 该环形为圆环, 圆心随动平台姿态的变化 (α、β、γ取值不同) 而改变。在机构的工作空间内, 刚度曲线为圆环的一部分, 靠近圆环中心的位置, 刚度值小;而逐渐远离圆环中心的位置, 其刚度值逐渐增大, 动平台姿态角取值为α= 0、β=0.1rad、γ=0.2rad时, 比姿态角为α=0.1rad、β=0.1rad、γ=0.1rad的刚度值大。
3 结论
本文导出了基于守恒转换矩阵的6-PSS空间并联机构的刚度公式, 对机构的刚度特性进行详细分析。研究结果表明:6-PSS空间并联机构的刚度是机构构型的函数, 与驱动力T和关节刚度Kj成比例。当动平台姿态确定后, 机构在x、y、α、β、γ方向的刚度将与动平台z坐标取值无关。在x、y方向上的刚度靠近椭圆中心的位置刚度值小, 而远离椭圆中心时刚度值逐渐增大。在α、β方向上的刚度映射曲线成弧线状分布, 刚度值随x坐标取值增大而增大。在γ方向上的刚度随li的减小而增大, 刚度映射曲线成环形分布, 靠近圆环中心的位置, 刚度值小。研究结果可作为该类并联操作手的刚度控制、机构的结构构型设计和参数选择等提供参考和依据。
移动并联机构 第4篇
影响光伏组件光电转换效率最基本的因素为光伏组件接收到的太阳辐射能,而在既定天气条件下对辐射能影响最大的因素为光伏组件的方向角、光伏组件的倾角及其对太阳的跟踪。
光伏组件方阵的方向角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度,向西偏设定为正角度)。一般在北半球,太阳电池组件朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)时,太阳电池组件的发电量是最大的。
太阳电池组件的倾角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角。倾角不同,各个月份方阵面接收到的太阳辐射量差别很大。目前就倾角大小有如下几种观点:
(1)方阵倾角等于当地纬度为最佳。这样做的结果,夏天太阳电池组件发电量往往过盈而造成浪费,冬天时发电量又往往不足而使蓄电池处于欠充电状态,所以这不一定是最好的选择。
(2)方阵倾角应使全年辐射量最弱的月份能得到最大的太阳辐射量为好,推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加15°~20°。国外有的设计手册也提出,设计月份应以辐射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)作为依据。其实,这种观点也不一定妥当,这样往往会使夏季获得的辐射量过少,从而导致方阵全年得到的太阳辐射量偏小。
2不同类型光伏发电系统对光伏阵列的要求
光伏发电系统分为并网式发电系统、独立式发电系统和混合式发电系统。对于并网光伏发电系统通常要求在全年中得到较大的太阳辐射量,使其向并网处提供的电能较大,然后通过供电站调配供应电能。在独立光伏发电系统中,由于受到蓄电池荷电状态等因素的限制,要综合考虑光伏组件方阵平面上太阳辐射量的连续性、均匀性和极大性,倾角的选取要满足兼顾性原则。
3最佳光伏阵列应满足的条件
通过以上分析,最佳光伏阵列应具备的条件如下:(1)合适的方向角,现在普遍认为朝正南方为最佳,也有观点认为向西南倾斜0~20°,这样有利于冬季吸收太阳能。(2)可适时调节的倾角,根据季节特点或系统的要求对其进行调节。(3)对太阳进行实时跟踪,在白天保持“同步”状态。(4)不断下降的成本。
4 常用跟踪系统的比较
4.1单轴跟踪系统
(1)水平单轴跟踪系统如图1所示,方向角固定,倾斜角固定并与水平面平行,一定范围可跟踪太阳。
(2)倾斜单轴跟踪系统如图2所示,方向角固定,倾斜角固定并与水平面有一定角度,一定范围可跟踪太阳。
图 #倾斜单轴跟踪系统
4.2双轴跟踪系统
双轴跟踪系统如图3所示,水平面内可旋转,调节系统的方向角。改变阵列与水平面的夹角,倾角可调节。对于该系统,能调节方向角、调节倾角和跟踪太阳,但不能同时调节倾角和跟踪太阳。
综上,单轴跟踪系统倾角不可调,不能适应季节性变化时对倾角角度调整的要求。图3所示的双轴跟踪系统比单独跟踪系统有所改善,但该双轴系统不能同时调倾角和跟踪太阳,成本较前者大,但功能改进不多。
5跟踪系统的分析与改进
5.1现有双轴跟踪系统的特点
现有跟踪系统的特点如下:(1)从机构形式上讲,现有的双轴跟踪系统基于串联机构设计。(2)从自由度上讲,现有双轴跟踪系统只有两个旋转自由度,只能同时变动方向角与倾角,而跟踪太阳只是附带的。如果要以跟踪太阳为主,则方向角不可调。(3)从力学上讲,组件阵列本身及其他载荷全部由一根空心圆柱承担,其受力情况复杂且存在比较大的不足。(4)由于立柱比较粗大,运输装卸不方便,安装不方便,上下车、转运、安装均需要吊车,对于施工进度、成本都有很大的不利影响。(5)独立基础庞大,基坑深,成本高、施工难度大,特别是地质条件差的地方更是如此。
5.2分析与改进
(1)在光伏阵列角度设计中,方向角一般是不动的,需要变动的是倾角和跟踪太阳。就图3所示的双轴跟踪系统,要想同时调倾角和跟踪太阳,必须将调水平面内旋转的电机改为垂直面转动并与另一电机旋转方向成正交。或者,在两台电机的基础上,再增加一台电机,达到可同时调节方向角、倾角和跟踪太阳。但显然这样成本又大大增加。要达到既调倾角又跟踪太阳,并且降低成本,必须改变其机构形式,并优化电机安装位置及运行方式。
(2)由一根立柱承受全部负荷,由于阵列的重心可能不在立柱中心,甚至超出立柱外圆,始终有偏心载荷存在,而且在自然力(如风)等的多重作用下,极大地恶化立柱的受力状况,造成事故。在此立柱的设计中,有两个重要的参数须设计和校核,即压应力和失稳。
首先,进行压应力方面的分析。
设立柱的外径为D,内径为d,组件及钢架重力为G,则立柱的压应力为:
由于壁厚D/2-d/2远小于D/2,并且管道产品壁厚变化范围很小,将壁厚D/2-d/2作定值Δ处理,于是式(1)可变为:
由式(2)可知,对于直径远大于壁厚的管道立柱,压应力与外径成正比。由此,当立柱由1个改为同样的n个,且改变前后两种立柱的壁厚不变、立柱均布时,其直径为:
Dn=D/n
独立柱支撑时,该立柱的截面积为:
为此现换为n个立柱后,更换后的立柱截面积为:
由式(3)、(4)相比可知,更换立柱前后的占用空间比为:
由式(5)可知,当立柱由一根换成多根时,在同样满足力学要求的情况下,占用空间大为减小,方便运输和安装。
其次,进行失稳方面的分析。
对于单端固定的杆件,其失稳临界力如下:
其中:
由式(6)、(7)可知,Pcr与(D4-d4)成正比,记为:
令壁厚Δ为一定值,则式(8)变为:
对式(9)求一阶导,可得:
对式(9)求二阶导,可得:
由式(10)、(11)可知,式(9)的图像在区间(0,∞)内,当(D-d)取定值时,曲线为单调增加的向上凹的曲线。
由根据式(6)、(7)、(10)可知,p′cr较大,其值远大于1,即Pcr的大小改变对立柱尺寸变化的影响不是很大。如果将独立立柱更换成几个立柱,如果不做其他结构上的处理,不利于材料用量的减少,即其他成本的降低。
由式(6)可知,如果改变杆布置形式,减小L的取值,则可成平方倍地增强抗失稳能力。
6改进方案———基于并联机构的结构设计
6.1并联机构平台设计
并联机构有动静平台,在跟踪系统中,动静平台设计成上下布置,其中,静平台取下平台,即大地。动平台取上平台,即安装组件的钢架。
6.2并联机构杆件设计
并联机构的支链,即为支撑组件钢架的立柱,条数取3。其中一条杆件为长度不可变,另外两条杆件长度可变,将上半部分插入下半部分,调节插入的深度即可实现变长目的。
6.3杆件与平台的联接
杆件与下平台的联接中,两个采用无自由度固定联接,用螺栓螺母将立柱与埋入大地中的混凝土桩联接,另一个与混凝土桩采用球铰联接。杆件与上平台联接中,首先均采用球铰,使其上平台与每个杆件的联接处均有三个转动自由度。其次,其中一个变长杆件球铰与上平台间增加滑槽机构。由此,当杆件作变长运动时,滑块作直线运动、球铰作旋转运动,上平台作相应的角度调整,达到组件调倾角和跟踪太阳的目的。
6.4动力设计
并联机构中,杆件要作变长运动,以此调节动平台位姿。在此系统中,杆件上安装电机,通过齿轮齿条机构实现杆件变长运动,齿条制作在杆件的上半部分,电机安装在杆件的下半部分,其上联接齿轮。为了实现减速目的,齿轮与齿条间可增加一个齿数更多的齿轮。为了达到活动杆受力对称,可在活动杆上对称地安装两个齿条,另一齿轮通过加置一个转向齿轮,实现对称驱动活动杆。
6.5力学性能优化设计
合理布置杆件与上平台的联接点,适当扩大三联接点构成的面积。在满足组件位姿变化前提之下,不变长杆件尽量短,两变长杆件固定部分尽量长,并且在三杆件固定部分用钢管作“丁”字形联接,提高抗失稳能力。
6.6系统简图
跟踪系统简图以及各部件作用如图4所示。
在图4中,组件朝南,方向角为0。倾角初始基准角取安装地区纬度,但可在-10°~+20°范围内调节,方法为通过图4所示北侧变长杆上的电机,电机旋转,带动齿条两侧的对称齿轮同向转动,组件N端作升降运动,此时滑块也作相应的直线移动,同时东侧的杆件也作相应的长度调节。东侧的调长杆件,同样可进行长度变化,达到上平台绕图示轴线转动,跟踪太阳。
7结语
该方案提出了一种基于并联机构的光伏跟踪系统,在材料上有所节约,特别在安装基础制作、部件运输、安装上大为简捷,为施工提供了方便。该系统能满足并网发电系统的基于较大发电量的要求,也能满足独立发电系统基于季节性、发电量平衡等综合性要求。
摘要：首先介绍了光伏组件角度设计、不同类型光伏发电系统对光伏阵列的要求、最佳光伏阵列应满足的条件,其次对常用跟踪系统进行了分析比较,针对其不足之处,提出了改进意见,最后阐述了基于并联机构的光伏组件跟踪系统设计方案。
移动应急电源柔性并联系统的研究 第5篇
1移动应急电源柔性并联技术
1.1多目标柔性控制技术
将开发多目标柔性控制技术, 建立大容量、多电压等级、循环阵列、无缝连接应急移动电源平台。
采用双微机同期测控单元, 同时检测同期条件, 发出的合闸命令通过“与门”输出, 确保同期条件精准;具备发电机 (车) 与发电机 (车) 、发电单元与外部电源双同期并列功能;并列过程电压差、频差、相角差、冲击电流小, 实现柔性并列, 发电单元与电网并列做到柔性投切。
1.2高低压分层无功补偿技术
研究不同电压等级的分层无功补偿技术, 解决了大容量冲击性用电设备启动问题。
采用高低压分别补偿的无功补偿方式, 低压采用零过度过程动态补偿, 高压采用固定式分组补偿;低压补偿单元具有同步柔性动态调整能力, 高压补偿单元具有同步投切功能, 能启动大容量高压电动机 (6.3k V/10k V) , 解决高电压等级客户 (特别是煤井、矿山) 电动机启动难的问题, 提高发电机利用效率。
高压无功补偿总容量为变压器容量的40%。保电人员可根据待启动高压电动机的容量, 闭合对应的压板, 选择适当的电容器容量和电压等级。补偿单元在电动机启动的瞬间自动投入, 待电动机的启动电流下降至1.2倍的额定电流时, 再自动退出, 电动机进入正常运行状态。
1.3在线监测和运行控制单元
同期测控单元能够实时检测并入发电机 (车) 的状态, 并根据负荷波动情况, 自动选择事先设定的运行方案, 实时调整各台发电机 (车) 的输出, 有效控制电能质量。此外, 能通过手持设备在线监控整个系统的运行状态。
1.4实现多种供电方式
装置通过多序列阵列组合, 可针对应急或保障对象的具体需求, 实现多种方式供电。
1.4.1即插即用供电方式
移动应急电源柔性并联接入输出装置使用灵活方便, 遇有重要客户供电中断, 需要紧急抢险救援时, 装置随车快速到达, 优先到达的发电机 (车) 即刻接入, 按照客户电力负荷的紧急程度, 优先提供相应容量和电压等级的供电电源, 随后到达的发电机 (车) 通过即插即用, 不断增加发电功率, 最终接带全部应急负荷。
1.4.2整组启动供电方式
当中断供电的客户需要接带单一大功率负荷时, 本装置可根据负荷容量接入相应台数的发电机 (车) , 全部启动并列后, 集中发电出力, 满足大功率负荷的紧急用电需求。
1.4.3阵列扩展供电方式
当重要客户中断供电, 三台一组发电容量仍不能满足紧急供电需求时, 本装置可通过其扩展输出单元实现多阵列的供电方式, 并可与主网、其他微电网、分布式电源实现连续供电的无缝切换和有效补充。
1.4.4备用供电方式
遇有重要电力保障活动, 本装置可在热备用状态下并入电网, 当主网供电中断时, 可实现对用电设备的连续不间断供电。
1.4.5不停电检修供电方式
重要客户的配电设备需要检修时, 本装置可提供0.4k V或10k V电源, 直接接带配电设备所供负荷, 在不影响客户用电的条件下, 进行设备的检修或改造。
1.4.6大电网黑启动供电方式
本装置克服了各级电网缺少较大功率外部黑启动电源的 (Black-Start) 困境, 可成为“大电网黑启动专项应急预案”的移动电源。
为了对故障初始行波浪涌到达时刻的标定误差进行补偿, 保护装置必须具有对暂态波形进行高速采集及存储的能力, 并且需要采用合适的数字信号处理算法来检测故障初始行波浪涌波形起始点所对应的绝对或相对时刻。
2结语
本文阐述一种移动应急电源并联系统的技术特点, 阐述了无功补偿原理及在并联系统中的运用, 对配电变压器无功补偿优化配置进行了研究, 研究分析了配电变压器无功补偿容量的选取。配电网无功优化技术还有很多问题要进一步研究分析, 配电中低压无功补偿优化配置对电力系统实现节能降损有着重要意义。
摘要：随着我国智能电网建设的快速推进, 电力系统的供电可靠性逐步提高, 但采用多电源供电的煤矿、化工等重要客户仍有停电风险。目前, 山东公司配备的发电机 (车) 最大单车容量800k W, 供电电压0.4k V, 无论是容量还是电压等级均有不能满足事故应急抢险和紧急备用的情况, 成为进一步提升供电优质服务水平的重要瓶颈之一。本文介绍一种移动应急电源柔性并联系统, 重点研究了并联系统的无功补偿原理及应用, 分析了并联系统配电变压器容量选取。
关键词：应急电源,柔性,无功补偿,无功优化
参考文献
[1]朱建军.中低压配电网的无功补偿[J].电力电容器与无功补偿, 2011, 31 (4) :19-23
[2]潘有萍.配电网无功补偿的若干问题探讨[J].中国新技术新产品, 2010, 24 (23) :161-162.
移动并联机构 第6篇
目前大口径运输管线主要采用螺旋焊管建造,如西气东输管线、陕京管线等。由于管道运输效率高,已在石油天然气等领域发挥着巨大的作用。石油天然气工业中,采用的GB/T9711 标准要求,钢管出厂前作全焊缝超声波自动探伤。
国外发达国家,对钢管的无损检测认识较早,设备研制使用较为成熟,如GE通用电气。而国内企业中,对钢管焊缝的检测大部分还停留在手动或半自动阶段,很多企业只能采用抽查方式。因此,对自动化钢管焊缝无损检测设备的研究具有重要的工程应用价值。
1 自动探伤工艺要求
焊缝跟踪的灵敏度和精度,将直接影响着自动探伤的准确性［1］。焊缝的自动跟踪方式经历了凸轮、接近开关、摄像机、涡流探头等几个阶段［2］。近年来,随着信息处理技术的提高,利用激光精确扫描、CCD成像在线建模,采用图像处理算子进行模型匹配［3］,最终计算出焊缝偏差、宽度、错边等参数,由跟踪机构带动探头架回到正确位置。以西气东输管壁为17. 5 mm的管线检测为例进行说明,该焊缝附近共分布3 组探头,距离焊缝近边角0. 67 /1. 17倍跨距垂直分布,与焊缝中心距离1. 5 倍跨距呈45° 分布。考虑到埋弧焊缝通常在9 ~ 20 mm,并有一定余高,报警闸门距远边角仅0. 25 倍焊缝宽度,边角反射回波宽度通常在1 mm左右。为避免误报警,要求探头组的位置变化在2 mm以内。3 组探头分布如图1。
2 自动跟踪机构
大部分自动化焊机都采用了串联机器人跟踪机构。相对串联机构而言,并联机构具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小、位置反解求解容易等优点。因此,可采用并联机构实现自动跟踪。机构示意如图2。
它由3 条支路和上动平台、下静平台组成。每条支路由1 个平行四边形4R机构和3 个R副组成,其中A支路与B支路垂直配置( 两组运动副呈垂直关系) ,4R机构位于下静平台上,A1、A2、B1、B2分别位于对应支路上4R机构中与3 个R副轴线平行的两边之中点,C支路与B支路平行配置( 2 组运动副呈平行关系) ,4R机构位于支路中间,C1位于B1、C1的连线平行于A支路的3 个R副的轴线,C2、C3位于该支路4R机构中与3 个R副轴线平行的两边之中点。
该机构采用3 个支路分别闭环控制方式,实现机构联动,如图3。
αr,βr,γr是根据动平台运动要求实时求得的各支路主动副期望角位移,α,β,γ 是各支路主动副实际角位移。通过运动学逆解,把期望的运动轨迹转换为驱动关节的期望角位移,在3 个相对独立的回路中分别形成闭环控制。交流伺服电机数学模型如式( 1) 。
其中: J为电机轴上总转动惯量,J = 0. 3±ΔJ,ΔJ≤0. 1; Lp为电机绕组电感,LP= 0. 038 37 H; Rp为电机绕组电阻,RP= 5. 09 Ω; Kpre为速度环增益,Kpre= 88; Kv为速度反馈系数,Kv= 0. 54; Ki为电流反馈增益,Ki= 2. 2; Ka为功率放大增益,Ka= 6; Ktp为转矩常数,Ktp= 3. 41 N·m / A; i为机构减速比,i=1: 40。
3 控制器设计
螺旋焊管的生产过程是一个非常复杂的过程,各种参数都将发生变化,影响焊接的因素具有不确定性及非线性,如钢板的横向窜动、成型角的调整、导电嘴的磨损等。若仅采用基于精确数学模型的理论和方法进行控制,得不到较好的控制效果［4］。
模糊控制是运用专家的经验预先总结出控制决策表和控制规则,通过查找决策表,可得到每一时刻应施与控制系统的控制动作,来判断输入参量的调整方向［5］。其具有PD控制的效果,但在平衡点附近存在盲区,消除系统静差性能欠佳。加入PI控制环节能消除静差,但其控制方法算法比较复杂,系统响应速度相对较慢。系统要求探头能迅速移动至焊缝区域进行跟踪,而比例控制可提高相应速度。因此,针对螺旋焊缝的跟踪采用P-Fuzzy-PI控制,算法综合了比例控制、模糊控制及PI控制的优点。控制流程图如图4。
焊缝自动跟踪关键技术是实时找到实际焊缝位置与理想位置的偏差［6］。若CCD检测出探头机构中心的位置偏差e>5 mm,机构应快速调整探头位置。比例控制规律为p=kp·e,比例系数kp由CCD成像的每个像素对应电动机输出脉冲个数决定,在系统中为10。
位置偏差e<5mm时,则可对偏差e( 即e( k) ) 以及偏差的变化率ec( 即e( k) -e( k-1) ) 的精确值,进行模糊化得到E和Ec。在模糊化过程中,必须乘上相应的量化因子α1和 α2才能映射到模糊集的论域上,模糊输出时必须乘上比例因子ku。
在不同的误差等级下,引入不同的加权因子进行调整。多个加权因子的选取可采用寻优方式获取,文中采用ITAE积分性能指标评价控制系统的性能,通过仿真可获得系统的最优加权因子。
在偏差范围|E|≤5 内选取若干值,对 α1= 0. 1 …0. 9进行仿真寻优。当 α1为0. 5 时,效果较好,如图5 所示。同理,对 α2进行寻优,当 α2为0. 6 时,效果较好,如图6所示。随机选取偏差e=3. 0 mm作为输入,对比例因子ku进行寻优比较,当ku为6 时,静差最小,如图7 所示。
因此,仿真寻优结果为: α1= 0. 5,α2= 0. 6,ku= 6。
当偏差E和偏差变化率Ec其语言值取都为0 所对应的范围时,系统被认为已进入到了稳态。而E为0 值时,实际误差e并不为零,其实际取值范围是|e(∞) |= ε<0.5 / α1( 死区 ε=1) 。是否引入积分的条件如下:
1) 当e·ec>0 且|e|<ε 或ec= 0 且e≠0 时,对误差进行积分;
2) 当e·ec<0 或e = 0 时,不对误差积分。
积分环节可通过参数自整定PID算法得到。该算法的思想是,用最近3 次的采用偏差计算实际控制增量Δu( k) ,即 Δu( k) = Ae( k) -Be( k-1) +Ce( k-2) ( 实际只采用2 次偏差) 。3 个参数应实现在线更新,根据扩充临界比例度法的思想,把3 个参数进行归一整定,选取控制度为1. 05,则控制增量为 Δu( k) =[1. 44e( k) -1. 89e( k-1) +0. 63e( k- 2) ] KS。选定一个KS,计算性能指标∑nn+50e( t) ,如果该指标小于理想偏差 δ,则KS符合系统要求。实际检测时,A扫描增益为70 d B,δ = 0. 5 mm效果较好。KS的选取可采用在线自整定扩充临界比例度算法进行搜索。
4 仿真研究
模糊控制器用Simulink中FIS进行设计,PI环节以及比例环节用S函数进行封装。仿真采用ode45 法,固定步长为0. 1 s,期望轨迹设为y( d) = sin( t) 。仿真结果如图8、图9。
控制系统输出能很好的跟踪期望轨迹,基本消除稳态误差。为了模拟外界出现强干扰,探头机构严重偏离焊缝中心的情况,在仿真过程中加入阶跃信号,表明控制系统对参数摄动及干扰有较好的鲁棒性。3 条支路的跟踪曲线如图10。
结果可见,各支路在1 s之内有较小的震颤,之后则基本实现完全跟踪。
5 试验结果
现场试验,在并联机构动平台上,安装探头及其夹具,确保3 组探头与工件贴合良好,如图11。测试工件为西气东输支干线X70 管线,工件规格为d1 016×14. 6,管线采用螺旋前进,线速度250 mm/s左右。工业控制计算机扩展三轴固高运动控制卡,约束伺服电动机的输出,Visual C++编写控制软件与CCD图像处理程序对接,接受输入信号。系统启动时探头机构有明显震颤,约2s后机构开始跟踪焊缝,超声波A扫描波形在报警闸门内窜动平缓,不会因探头位置的偏移造成误报警发生。
6 结语
现场试验结果表明,在机构启动时,偏差较大,机构会有明显震颤过程,随即机构便能平滑的跟踪螺旋焊缝,由于焊管的热影响区的存在,抵消了机构循迹过程中对超声检测的影响。因此,该系统在螺旋焊缝自动化超声波检测中具有较高的应用价值。
摘要：提出了管壁为17.5 mm管线的焊缝超声自动探伤工艺,分析了螺旋焊缝的轨迹跟踪系统的组成。针对螺旋焊缝的非线性及不确定性,采用了多自由度的并联机器人机构,根据运动平台要求,进行运动学逆解分析,形成3条并行支路的闭环控制环节,从而实现平台的联动控制。针对支路的闭环控制要求,设计了一种新型分段式模糊控制算法,在普通模糊控制的基础上,结合了比例控制及PI控制,实现了双模分段控制方式。仿真结果显示,该算法具有响应速度快、抗干扰能力强,超调量小、无静差等优点,在线跟踪效果良好;3条支路对规划轨迹的跟踪具有较好的鲁棒性。现场试验结果,检测机构能平滑跟踪焊缝,探头耦合良好,超声扫描波形窜动平缓,检测效率高于国家标准值,具有较高的工程应用价值。
移动并联机构 第7篇
根据主动视觉平台的视觉跟踪要求,设计了一种基于六自由度Stewart并联机构的主动视觉平台虚拟样机,该样机能够在摄像头的光学参数一定的情况下,实现大角度旋转,并且结构小巧。具有快速响应、能够适应较大工作空间的视觉跟踪、视觉定位,使设计的主动视觉平台能更逼真的模拟人的头、眼功能。
1、虚拟样机结构实现及装配
1.1 并联机构模型描述
Stewart平台的几何模型及运动向量图如图1。
1.2 多自由度主动视觉平台结构参数优化
Stewart平台的设计一般为类对称的结构,图2所示,那么结构参数有6个,分别表示为:
上、下平台各铰链联接点所在圆的半径r、R;上、下平台各铰链联接点短边的长度ΔLP、ΔLB;杆长的上、下限Lmax、Lmin。
在平台的结构参数中,杆长限制Lmax、Lmin一般为约束来考虑。因此取设计变量
1.3 优化模型
本文为遗传算法借助数学模型,我们可以得到如下的优化模型:
其中u,v,w为给定的权重系数。
采用MATLAB进行程序设计:
我们首先给定部分参数:下平台各铰链联接点所在圆的半径R=150mm,杆长最小值为:Lmin=275 mm,杆长最大值为:Lmax=370mm
设计中设计下虎克铰径向角极限为35°就可以保证在工作空间内无干涉;上虎克铰径向角极限考虑到承载能力的约束不能设计太大,取为500。上下虎克铰的切向角极限取为55°。
这样设计变量就成为
取权重系数u=1,v=1,w=0.8
求解的优化结果:
计算出平台在空间的最大转角为:
1.4 多自由度主动视觉平台的机构设计
所设计的主动视觉平台主要是在并联机构的动平台上安装一个摄像机或摄像头,所以要求的承载能力不大,给定机构单杆的载荷为80N。这时关节铰链的几何约束占优。要求杆的移动速度大于1m/s。
在计算中,首先给定了部分参数R、Lmin、Lmax,剩余参数通过用遗传算法对优化数学模型求解,在MATLAB环境下进行计算,最后的机构特征尺寸参数如下:
下平台各铰链联接点所在圆的半径
上平台各铰链联接点所在圆的半径
下平台各铰链联接点短边的长度
上平台各铰链联接点短边的长度
杆长的上限
杆长的下限
在Pro/E环境下对主动视觉平台的各个零部件进行建模,并进行装配,图3为所设计的主动视觉平台虚拟样机图样,
2、虎克铰的设计、计算以及安装
2.1 虎克铰的立体图
样机采用的关节为虎克铰。图4是虎克铰的立体图:
2.2 虎克铰与动、定平台的联接
(1)图5为虎克铰安装角度示意图:
(2)虎克铰与上下平台联接
通过计算,在Pro/E环境下对上、下平台及虎克铰建模,上下平台形状及虎克铰和平台的安装位置关系分别如图6、7所示。
(3)虎克铰模型
设计下虎克铰径向角极限为35°就可以保证在工作空间内无干涉;上虎克铰径向角极限取为50°。上下虎克铰的切向角极限取为550。
虎克铰模型示意图如图8所示:
2.3 虎克铰的安装
在设计当中将下关节的关节极限设安全角度,即在运行的整个范围内,动平台无论以何种姿态运动,下关节铰链的两个关节极限均在允许的运动范围内。此时的工作空间的几何约束仅为上关节的角度约束和杆长约束,杆之间的干涉问题通过设计参数即短边的尺寸取得保证。下关节的摆角极限为350,而上关节的摆角极限为500。同时虎克铰的装配采用倾斜安装,上下平台的倾斜角度分别是8和16.5度。并且虎克铰的安装不是沿着平台中心辐射装配的,而是短边两两相邻平行安装。
3、结束语
论文对样机中的铰链结构虎克铰进行设计,在约束条件的分析设定中,充分考虑了虎克铰关节的摆角范围,为系统的稳定性和运动准确性提供了保障。
参考文献
[1]周冰.Stewart平台并联机构设计与干涉防护问题研究[D].西安交通大学博士学位论文,2002.
[2]冯远静,冯祖仁,李良福,周冰.一种6-6UHU并联机构的设计和实验研究.机械科学与技术[J].2004,23(8):947-949.
[3]周冰,方浩,冯祖仁.Stewart平台的力工作空间初步分析.机械科学与技术
[4]Roberta Nelson,Updating the robot safety standard[J].Robotics World.1997,15(3):24.
[5]蒋云彩,万顷波.Matlab遗传算法在工具箱(CAOT)的应用.江西电力职业技术学院学报[J].2004.,17(3):42-44.
[6]袁剑雄,王知行,李建生,徐秀敏.并联机床参数设计.机械设计与研究[J].2000,16(4):12-15.
[7]谢刚.并行结构机器人工作空间的研究[D].西安交通大学硕士学位论文,2001