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    可構(gòu)成空間故障機(jī)械臂可行性研究

    2018-08-24 22:24:38冀向陽(yáng)文慶斌
    科學(xué)與財(cái)富 2018年24期
    關(guān)鍵詞:空間

    冀向陽(yáng) 文慶斌

    摘 要:在機(jī)械臂學(xué)科之中的運(yùn)動(dòng)學(xué)科的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,它們重新定義研究了容錯(cuò)故障性質(zhì)機(jī)械臂、機(jī)械臂相對(duì)的理論階層、容錯(cuò)機(jī)制故障機(jī)械臂的與相對(duì)特定的任務(wù)故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂,從而認(rèn)證了憑借運(yùn)動(dòng)理論學(xué)關(guān)節(jié)性質(zhì)也具有提高系統(tǒng)的可靠性,故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂所需具有的自由性質(zhì),并針對(duì)不大相同的任務(wù)需求,設(shè)計(jì)性質(zhì)故障機(jī)制容錯(cuò)機(jī)械臂方案。憑借讓任務(wù)區(qū)間進(jìn)行抽象化成一些特點(diǎn),并且在此時(shí)進(jìn)行機(jī)械臂的建立,與理想值相關(guān)的參數(shù)的罰函數(shù),選定相對(duì)優(yōu)質(zhì)的優(yōu)算法,設(shè)想出一階比較通用的故障性質(zhì)容錯(cuò)并且實(shí)用平面位置的機(jī)械臂裝置,一階故障機(jī)制容錯(cuò)性質(zhì)空間位置通用機(jī)械臂,及特別選定的任務(wù)一階故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制平面位置通用機(jī)械臂,并且建立起較為完整故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂的正確方案。

    關(guān)鍵詞:機(jī)械移動(dòng)學(xué),空間,重力學(xué)

    在我國(guó)當(dāng)代不斷進(jìn)步的航天技術(shù)科學(xué)環(huán)境下,各種航天任務(wù)不約而同的增加,在空間大型機(jī)器人的研究上需求越來(lái)越大,空間之中的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與載人大型航天飛機(jī)大型帶人航天飛行器械都是重要組成部分,空間大型機(jī)器人對(duì)在衛(wèi)星釋放工作、航天器的相接與回收、探視和維修等方面都能發(fā)揮重要的作用,比如說(shuō)美國(guó)宇航局航天載人飛機(jī)、正處于建設(shè)之中的著名國(guó)際空間站之類(lèi)的等都用了空間運(yùn)動(dòng)機(jī)器人(機(jī)械運(yùn)動(dòng)臂)??臻g運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂它作為一個(gè)較長(zhǎng)使用壽命大型宇宙空間機(jī)構(gòu)部件,可靠性高、關(guān)節(jié)較多以及自由性質(zhì)較高的相互協(xié)助工作是它十分重要的顯著特點(diǎn),關(guān)于如何合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)方案、關(guān)于要怎么要科學(xué)的分配空間運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂的各種自由性質(zhì),然后讓空間運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的故障關(guān)節(jié)失效的時(shí)候,該空間運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂仍然可以克服各種故障、從而穩(wěn)定的完成任務(wù),一定會(huì)成為現(xiàn)代機(jī)械臂必備的條件與性能。

    空間運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂也經(jīng)常運(yùn)用于核設(shè)備、手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)等一些相對(duì)重要的場(chǎng)合,在這些中藥任務(wù)之中,他,他們不但但要求運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂靈活性要高,更重要的顯著特點(diǎn)就是要具有較高可靠性能。要擁有相對(duì)強(qiáng)的容錯(cuò)性能,假設(shè),假如延伸到核設(shè)備之中,或者人體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂,加入應(yīng)為某關(guān)節(jié)突發(fā)性障礙從而沒(méi)有完成預(yù)定任務(wù),或不能進(jìn)行收回,這樣的后果將是多么的嚴(yán)重。

    傳統(tǒng)依靠性能的方案只依靠使用較高質(zhì)量的器件,顯然這些還不夠,系統(tǒng)容錯(cuò)性也是十分有效的可靠結(jié)構(gòu)技術(shù),它起源在馮.諾曼的電子計(jì)算機(jī)的可靠性運(yùn)作。鑒于如今主要從空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)性能的方向,認(rèn)證故障機(jī)制容錯(cuò)性能機(jī)械臂應(yīng)該擁有的自由度,和應(yīng)對(duì)不同的任務(wù)需求,設(shè)計(jì)故障性能呢個(gè)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂方案。基于假設(shè):監(jiān)測(cè)空間機(jī)械臂的每一個(gè)自由度運(yùn)行狀態(tài),一旦檢測(cè)有相對(duì)故障出現(xiàn),則馬上使用安全閘將此關(guān)節(jié)進(jìn)行死鎖。最終,設(shè)計(jì)出擁有最小自由度的一階故障容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂。

    1 基本定義

    首先,故障機(jī)制容錯(cuò)性質(zhì)機(jī)械臂的特性定義如下。

    定義1

    故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂:對(duì)于a自由性機(jī)械臂,當(dāng)它單一又或多種自由性產(chǎn)生故障并且死鎖在某角度的時(shí)候,運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂仍能完成任務(wù)需求,則叫此機(jī)械臂是具有故障機(jī)制容錯(cuò)性能的。

    定義2

    假設(shè)b階的故障性能容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂:當(dāng)a自由性能機(jī)械臂之中的任意b個(gè)自由性質(zhì)又或少于b個(gè)自由性質(zhì)產(chǎn)生故障的時(shí)侯,仍可以完成任務(wù),則叫此機(jī)械臂是b階故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制的。

    定義3

    故障性能容錯(cuò)機(jī)制通用機(jī)械臂:當(dāng)a自由性質(zhì)機(jī)械臂某故障關(guān)節(jié)死鎖在任意角度時(shí)候,空間機(jī)械臂仍可以完成任務(wù),則叫此機(jī)械臂故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制通用機(jī)械臂。

    定義4

    選定任務(wù)雪球故障機(jī)制容錯(cuò)性質(zhì)機(jī)械臂:當(dāng)a自由性質(zhì)機(jī)械臂產(chǎn)生故障關(guān)節(jié)只能死鎖在選定的范圍,該機(jī)械臂才可以無(wú)視故障,完成任務(wù),則叫此機(jī)械臂為選定任務(wù)故障性質(zhì)容錯(cuò)性能機(jī)械臂。

    2 通用故障容錯(cuò)機(jī)械臂

    對(duì)不冗余不容錯(cuò)的平面運(yùn)作位置運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂來(lái)說(shuō),它最少的階數(shù)是二階,也可也說(shuō)只要設(shè)計(jì)的合理,兩個(gè)自由性質(zhì)平面運(yùn)作位置運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂可到達(dá)選定平面之中的的任意點(diǎn)。假如想要讓此機(jī)械臂擁有a階的故障性能容錯(cuò)機(jī)制的能力,最相對(duì)簡(jiǎn)單方案,要在全部關(guān)節(jié)并聯(lián)同時(shí)增加a個(gè)冗余的關(guān)節(jié), L3與L2連接一個(gè)連桿L4,L1與L4形成兩個(gè)自由性質(zhì)平面位置運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂,相對(duì)故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制空間位置通用機(jī)械臂,應(yīng)為幾何的復(fù)雜性很大,想要證明最小自由性質(zhì)很難。但使用優(yōu)化性能技術(shù),可以設(shè)計(jì)出在三維立體空間中的一階故障機(jī)制它能夠用可靠度為5的自由性質(zhì)機(jī)械臂,。,測(cè)試a階故障機(jī)械臂的最小值為2a+3。

    3 特定任務(wù)故障容錯(cuò)機(jī)械臂

    上述是故障性質(zhì)容錯(cuò)性能通用機(jī)械臂的自由性質(zhì)分配和最終設(shè)計(jì)方案。關(guān)于a階故障性質(zhì)可靠性來(lái)說(shuō),冗余度數(shù)是2a階,在這是在在假設(shè)任意關(guān)節(jié)都能死鎖任意角度前提下算出來(lái)的。但,生活中許多關(guān)節(jié)角度數(shù)變化區(qū)域應(yīng)為有目標(biāo)的局限,只要在特定的區(qū)域中進(jìn)行變化,從而不能產(chǎn)生死鎖于任意角度的狀況,在這種狀況下,能否用比較少的自由性質(zhì)得到相同的的故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制的要求呢?一下是對(duì)結(jié)論的假設(shè)。

    假設(shè)空間中的某一物體是機(jī)械臂的工作目標(biāo),也可以叫做空間區(qū)域。然而空間區(qū)域是一系列任意的點(diǎn)構(gòu)成的,該點(diǎn)可用于部分特征點(diǎn)用來(lái)表達(dá),加入該機(jī)械臂可以達(dá)到這一系列的特征點(diǎn),則該機(jī)械臂可以抵達(dá)所需的空間區(qū)域所有點(diǎn)。為它,把空間區(qū)域簡(jiǎn)化成為一些具有特征的目標(biāo)點(diǎn),需要讓設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械臂可以抵達(dá)所有特征點(diǎn),在機(jī)械臂運(yùn)作過(guò)程中,任意關(guān)節(jié)產(chǎn)生故障的時(shí)候,馬上把該關(guān)節(jié)角進(jìn)行死鎖,該機(jī)械臂依然可以抵達(dá)全部目標(biāo)點(diǎn),完成選定任務(wù),則把此機(jī)械臂稱(chēng)為選定任務(wù)故障性質(zhì)容錯(cuò)機(jī)制機(jī)械臂。

    4 結(jié)論

    (1)分塊進(jìn)行建模和網(wǎng)格與細(xì)化相糅合,完美的地完成了纖維鋪設(shè)連續(xù)性要求的CAD和復(fù)合材料整體異形構(gòu)件復(fù)雜曲面構(gòu)形的技術(shù)難題,然而分為,可供復(fù)雜曲面CAD技術(shù)研究參考,也為了多分支整體異形支架復(fù)合材料構(gòu)件的方案提供了CAD軟件。

    (2)混雜纖維復(fù)合材料的合理選擇,具有科學(xué)混雜的性質(zhì),可以進(jìn)行有效的發(fā)揮“稱(chēng)為混雜效應(yīng)”,從而讓車(chē)架的擁有優(yōu)質(zhì)的機(jī)械性能,并且還可以把消耗降到最小。

    (3)混雜纖維復(fù)合材料的構(gòu)思、分解、很重要,加入實(shí)用其它的分解方案,會(huì)變得非常有難度。而且應(yīng)用有限元方法給混雜纖維復(fù)合材料的方案優(yōu)化一條高效率的途徑。

    (4)使用的全新材料、全新工藝現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和CAD技術(shù)高科技的巧妙運(yùn)用,對(duì)于整體異形構(gòu)件的運(yùn)用技術(shù)性的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

    參考文獻(xiàn):

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