第20卷 第4期2001年 7月机械科学与技术
M ECHAN I CAL SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
文章编号:100328728(2001) 0420541202
V o l . 20 N o. 4Ju ly 2001
混合输入五杆机构的综合与应用
田汉民, 张新华, 张策
(天津大学, 天津 300072)
田汉民
摘 要:混合输入型机构的输入包括实时不可控电机输入
和实时可控电机输入。不可控电机提供主要的动力实时可控电机则起运动调节作用. 构的尺度分析, 实际应用
关 键 词:混合机构; 轨迹
中图分类号:TH 112 文献标识码:A
传统的机械系统通常采用一个定转速马达作为动力源, 通过一系列机械传动装置产生所需的输出运动。这类系统具有高的承载能力, 运行速度和系统能效, 不同输出运动间的运动协调性好, 且成本低, 能很好满足高速大批量生产的要求。这类系统最大的不足是缺乏柔性, 因为要改变输出运动就得改变运动转换机构的形式或尺寸, 这种改变通常很困难。实时控制马达的出现使得用同一机构实现可编程输出运动成为可能。当系统中有多台实时可控马达时, 控制计算机使得各马达的运动相协调。这类系统具有很好的柔性, 但系统的承载能力和运行速度受制于实时可控马达的特性且成本较高。此外, 每一个马达都要满足峰值功率要求, 以至系统中总的马达安装功率要比系统的峰值输出功率大, 致使系统的能效不高。
混合输入型机电系统同时采用定转速马达和伺服马达作为其动力源。伺服马达调节系统输出运动, 定转速马达为系统提供主要动力。使系统在保证输出运动的同时, 使机构的动力分配等特性也得到改善。
最简单的情况是用一台定转速马达和一台伺服马达的混合输入型系统。这就要用一个二自由度机构将2台马达的运动合成。运动合成机构可以用差动轮系, 也可以用二自由度连杆机构。最简单的是二自由度平面五杆机构。
二自由度混合输入平面五杆机电系统可具有以下优点:(1) 实现高精度运动输出
传统上四杆机构, 通过计算和优化, 该机构能实现复杂轨迹、刚体位置、函数输出。但是由于结构限制, 四杆机构只能精确通过5个点或9个点。该机构不可避免地存在结构
收稿日期:20000705
作者简介:田汉民(1975-) , 男(汉) , 河北,
硕士研究生
, 而且当。
(还可以加实时反馈) , 补偿机构的结构误差, 并实现复杂的运动规律.
(2) 实现复杂运动规律. 伺服电机和步进电机等可控电机通过计算机程序进行控制, 因此可完成复杂控制和任务。
(3) 可成组输出, 适于多品种、小批量的工业生产要求由于五杆机构可相当于一组四杆机构, 故它可完成该族四杆机构的功能, 运动输出可在最小停机调整时间或零停机调整时间条件下变化, 这种性质十分适于当前柔性化生产时代多品种、小批量工业生产要求。
(4) 较低的成本
工业生产要求设备柔性化, 但其输出通常只要求在一定范围内变化. 所以有许多情况只要求设备具有部分柔性, 不必使用万能通用型设备。
与多伺服马达输入系统相比, 较少的伺服马达系统具有部分柔性, 又可降低成本而提供较大的动力。
(5) 优良的机械性能此结构属于闭链结构。传统机械手都采用串联形式, 即每一个主要连杆的驱动装置都安装在它的铰链处, 这样每一个连杆都要承受它后面的所有连杆和驱动装置的重量。这就不可避免地增加机械手的惯性, 有损机械手的动力特性。此外, 开式运动链虽然在实现复杂运动规律方面有很大的自由度, 但其刚度差、运动误差积累较大、精度低。
混合输入的五杆机构的驱动装置可以安装在机架上, 自然减小机构的惯性, 改善机构的动力特性。并且刚性好、误差积累小、精度高。
1 五杆机构的尺度分析
1. 1 平面五杆机构双曲柄存在的充分条件
若五杆机构的几何尺寸满足一定条件, 两连架杆均可按任意规律运动, 则该条件称为五杆机构双曲柄存在的充分条件。平面五杆机构的机构类型既取决于五杆的相对长度, 又与机架和原动件的选取有关。如图1所示, l 5为基架, l 1, l 4为原动件。当处l 1于任意一个位置时, l 4均可作整周转动, 则可以判定该平面五杆机构是双曲柄机构。这是二自由度平面五杆机构
双曲柄存在的充分条件。
将五杆机构按杆长顺序分类, 对每种类型的五杆机构分别讨论可得五杆机构的双曲柄存在的充分条件。二自由度平面五杆机
多种输出均可通过调节可控电机实现。如图3为混合输入调速机构。在图3
所示的混合输入调速机构中, 输入1为实时不可控的交流电机。由于电机本身特性, 这种输入不稳定。输入2为实时可控的伺服电机。根据交流电机的不稳定输入和机构所要求的输出, 对伺服电机的输入进行调节。图4所示为以这种混合输入调速机构输出绝对恒速, 横坐标为时间, 纵坐标为各杆的转角, 由该图4可看出机构的输出非常理想。
图1 混合输入 图2 五杆机构的
五杆机构
装配条件
构双曲柄存在的充分条件是下列集合的并集
{l 1, l 2, l 3, l 4, l 5 m in (l 1, l 4) +l 5
m ax (l 2, l 3) -m in (l 2, l 3) m ax (l 2, l 3) ,
m in (l 1, l 4) +l 5
m in (l 1, l 4) +l 5
m ax (l 1, l 4) +m ax (l 2, l 3)
m ax (l 2, l 3)
3 混合输入调速机构 图4 不稳定输入和恒速输出
2. 2 轨迹生成
当机构存在杆长相等的条件, 满足下列条件之一也可构成双曲柄:
l 2=l 3, l 1+l 5=l 4, l 4
l 2=l 3, m ax (l 1, l 4) +l 5
l 2=l 3, l 1-l 4 ≤l 5, l 1+l 5
混合输入五杆机构生成轨迹的能力很强。以图1所示的五杆机构为基础, C 点为工作点, l 1为恒速不可控电机输入, l 4为实时可控的伺服电机输入。以理想图5 混合输入五杆机 图6 混合输入五杆机
构匀速正方型输出曲线与实际构匀速生成椭圆
输出曲线的偏差的平方和最小为优化目标, 对这种混合输入五杆轨迹生成机构进行尺寸优化设计。图5是用优化尺寸后的混合输入五杆机构匀速生成椭圆曲线, 图6用另一组尺寸的机构匀速生成正方形曲线。优化结果表明以混合输入五杆机构生成椭圆曲线, 其实际输出轨迹与理想轨迹相当吻合。以该机构生成正方形存在较小误差。2. 3 不同性质的输入之间的协调、混合海浪的不规则起伏运动推动滑块不规则上下运动。通过实时可控电机的调节, 这种不规则的运动可转化成匀速转动。这种混合输入五杆机构成功地将无法直接利用的海浪的能量转化为易于利用的匀速转动。这可成为新型海浪发电机的原型。
如图7所示, 海图7 混合输入五杆机构海浪发电机浪推动滑块做不规律的上下直线运动。这种不规律的上下运动作为机构的输入1。以实时可控的伺服电机作为机构的输入2。根据滑快的位置对伺服电机的输入进行调节, 这样就可得到易于利用的规律的转动输出。
(下转第552页)
1. 2 五杆机构构成双曲柄的必要条件
对于某些特定用途的二自由度五杆机构, 机构的2个输入之间并不是任意、无关联的。这种具有特定输入规律的五杆机构构成双曲柄输入并不一定必须满足充分条件。但该机构的两个曲柄在其特定规律的输入下, 对应每对输入角所确定的特定位姿的五杆机构都一定满足此五杆机构的装配条件。因此二自由度平面五杆机构双曲柄输入的必要条件可表述为:在两个曲柄的输入函数的一个周期内, 每对输入角所确定的五杆机构都满足此五杆机构的装配条件。如图2所示, 满足输入规律的任意一对输入, 以B 为圆心、
l 2为半径的圆和以D 为圆心、L 3为半径的圆, 总有交点。
数学描述为 l 2-l 3 ≤
(l 1sin Η1-2
l 4sin Η4) +(l 1co s Η1-2
l 4co s Η4)
≤l 2+l 3
这就是二自由度平面五杆机构曲柄存在的必要条件。
2 混合输入五杆机构的应用2. 1 速度调节
(1)
通过混合输入五杆机构, 可得到任意理想的速度输出。绝
对恒速、正弦变化的速度输出不规则连续变化的速度输出等
都只可能有一个车板在下面待命。当恰好选中该车板时, 该车板的运动最为简单, 仅上行和挂锁。就是说, 选中在下位待命的上层车板, 系统不做判断, 直接运行。但是, 如果选中在原位(上方) 待命的上层车板, 则比较复杂。
将上层车板的车位号存入M 100中, M 100=1-6。
编程序控制器CQM 1操作手册》[M ]. 1994
[2] 吴书化等. 智能建筑极其楼宇自动化系统[M ]. 北京:电子
工业出版社, 1997
(上接第542页)
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L ink r on og M ulti 2A l 2[P roc . of the Internati onal Conference
～1516the TM [C ],1997:1507
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U sing H ybrid M ach ines [A ]. P roceedings of I m echE , C 414 071[C],1991, 85～91.
[4] Greenough J . D . et al D esign of H ybrid M ach ines [A ],P ro 2
ceedings of the 9th IFToMM W o rld Congress [C ],1995, 2501～2505.
图6 车板运动控制梯形图
如选中上层2号车位, 则M 100=2。将空位号存入M 300中
(M 100、M 300均为电池后备数据存储单元) , 空位信号的初值由车库原始位紧靠空位的下层车板在位和移出检测开关组合获得, 如空位在第4位, 则M 300=4。上层车板下移时, 将M 100与M 300中的数据进行比较, 相等, 说明空位恰在正下方, 可直接下移; M 100
M 100=M 300时上层车板才能下移。M 100>M 300时的过
(上接第544页)
[参考文献]
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to r :K inem atics , Constructi on , Softw are , W o rk space R e 2sults , and Singularity A nalysis [A ]. P roceedings of the 1991IEEE Internati onal Conference on Robo tics and A utom ati on [C ],1991:566～571
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fo rm -Part 1. T he Effect of M anufacturing To lerances
[A ]. P roceedings of the 1993IEEE Internati onal Conference
程与之相似。软件实现如图6所示。
当0500=1(接通) 时, 上层车板可以下降, 下层车板的运动依据0600—0630的状态进行移出或移回。
6 结束语
～120on Robo tics and A utom ati on [C ],1993:114
[3] T i . A ccuracy A nalysis of a M odi 2m o Ropponen , T atsuo A rai
fied Stew art P latfo rm M ani pulato r [A ]. 525
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Stew art P latfo rm Based M ach ine Too l [J ]. A nnals of the
IEEE Internati onal
Conference on Robo tics and A utom ati on [C ],1995:521～
不同的车库结构, 采用不同的软件优化设计方法, 使得本系统施工的两大区17个分区共计186个车位的立体车库自投运以来, 各机构运行平稳、可靠, 满足了立体车库的
停车要求。专家认为:该电气控制系统, 设计合理, 技术先进, 性能可靠、安全, 操作简单、功能强; 成功地实现了车辆存取, 车板运动的全自动操作功能, 用户非常满意。
软件上的多种优化处理, 使得该系统对与车位的扩展实现较为方便, 可以适应各种不同布局的立体车库。对于多层车库, 中间的车板兼有车板的升降和托架的平移运动, 其运行机理与之相似, 因此本系统的实现对多层立体车库的设计有一定的参考价值。
[参考文献]
[1] 欧姆龙株式会社编写. 中国科学院鹭岛自动化所编译. 《可
～290C I R P , 1997, 46(1) :287
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理工大学学报, 1999, 27(8)
[6] 刘文涛等. 并联杆系机床工作空间与精度分析[J ]. 制造技
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IEEE T ransacti ons on Robo tics and
～444A utom ati on . 1990, 6(4) :438
Vol . 20 No . 4July 2001M ECHAN I CAL SC IENCE AND TECHNOLOG Y
Top ics, A b stracts &Key W o rds
5
K i ne ma tics Ana lysis and Eff ic iency Ca lcula tion For Plane -tary Gear Tran s m ission
DUAN Q in 2hua
(Chengdu U n iversity , Chengdu 610081) P 534
Abstract :W e first decompo sed the p lanetary gear tran s 2m issi on in to basic un its of 2K -H type ep icyclical gear train . T hen w e carried ou t k inem atics analysis and mom en t . F inally , the linear equati on s are analysis fo r these un its
listed and so lved . T hu s a new m ethod fo r the analysis of th is k ind of tran s m issi on is p resen ted .
Key words :P lanetary gear ; T ran s m issi on ; Efficiency On M odeli ng of a Hybr id Roller -W a lker SON G L i 2bo , LU 2i
(In stitu te of , iao n , Shanghai 200030) Abstract :W e p resen the idea of leg 2w heeled hyb rid robo t of passive w heel type tak ing advan tages of w heeled robo ts
. W e first described its ro lling p rinci p le , and legged robo ts
then w e ob tained the dynam ic equati on of th is system by the generalized L agrange equati on tak ing the fricti on be 2
tw een the w heels and the ground in to accoun t , and the ex 2p ressi on of the advancing velocity . W e p roved that th is idea is feasib le theo retically . F inally , an actual examp le is given . W e calcu lated and si m u lated the ro lling speed by EXCEL 97, studied its characteristics w hen it ro lled straigh t , discu ssed the m ethod to define m agn itude of the fricti on . Conclu si on s are given in secti on 5. Key words :Robo t ; D ynam ics ; Si m u lati on ; L agrange E 2quati on
Research of On -li ne M on itor i ng D ev ice for the Ax i a l Forces of Rota ti ng M ach i ne
GAO Hong 2li , YAN G J i 2long , J I AN G W ei
(Co llege of M echan ical and E lectrical Engineering , Zhe 2jiang U n iversity of T echno logy , H angzhou 310014) P 539Abstract :A n on 2line mon ito ring system w h ich is app lied to a w ater 2supp lying cen trifugal pump is developed to re 2duce the m ach ine dam age due to the too b ig ax ial fo rces , and to en su re p roducti on au tom ati on and con tinu ity . T h is device includes tw o parts :one is the elastic fo rce 2m easu r 2ing elem en t , the o ther is the on 2line ax ial fo rce mon ito ring in strum en t . W e op ti m ized the structu re of elastic fo rce 2m easu ring elem en t u sing the fin ite elem en t m ethod and cal 2ib rated the elastic elem en t dynam ically , app lied the 89C 51m icroch i p system to con tro l the m ach ine . T h is system is
. w o rk ing w ell in som e b ig p ro jects
Key words :Ro tating m ach ine ; O n 2line mon ito ring ; Con 2
tro l ; F in ite elem en t m ethod ; T he op ti m ized design
Syn thesis of F ive -bar M echan is m with Hybr id I nputs and its Applica tion
T I AN H an 2m ing , ZHAN G X in 2hua , ZHAN G Ce
(T ian jin U n iversity , T ian jin 300072) P 541
Abstract :A hyb rid m ach ine is a device that is capab le of generating a range of p rogramm ab le , non 2un ifo rm mo 2
. T he m ach ine is driven by tw o mo to rs . A con stan t ti on s
velocity mo to r p rovides the m aj o rity of the pow er to the m ach ine , w h ile a servo mo to r a low to rque modu 2lating T he to it pow er to an ou tpu t m tw o is m . T he mo 2is in such a w ay that the driven w ith a u ser 2specified mo ti on . In , som eth ing abou t the m echan is m such as di m en 2si on analysis , speed generati on , path generati on and tun 2ing of hyb rid inpu ts has been studied , and som e p ractical u ses are in troduced . Keywords :H yb rid ; Path
M on te Carlo Techn ique for Error Ana lysis of Stewart Pla t -for m
LU Q iang , ZHAN G You 2liang
(N an jin U n iversity of Sciences and T echno logy , N an jin 210094) P 543
Abstract :T h is paper deals w ith M on te -Carlo techn ique fo r analyzing the erro r of stew art p latfo rm . By comparing the po siti on erro r and o rien tati on erro r cau sed by legs’to l 2erance w ith the erro rs cau sed by spherical j o in ts’clear 2ance , w e find that the influence of spherical j o in ts’clear 2ance is m uch mo re i m po rtan t than the influence of legs’to lerance . T h is techn ique is u sefu l fo r erro r analysis and
. erro r syn thesis
Keywords :Stew art p latfo rm ; E rro r ; M on te -Carlo tech 2n ique
D esign of Four -bar L i nkage with Quick -return Character Ba sed on the Cond ition s of Force Tran s m ission
L IM ing 1, J I AN G T ian 2di 2
(1N anchang In stitu te of A eronau tical T echno logy , N an 2
chang 330034; 2J iangx i A gricu ltu ral U n iversity , N an 2chang 330045) P 545
Abstract :W e p resen t an analytical m ethod fo r design ing the fou r 2bar linkage tak ing the conditi on s of fo rce tran s 2. Based on the relati on m issi on as basic design param eters
of qu ick 2retu rn movem en t , the po siti on s of the m in i m um and m ax i m um tran s m issi on angle occu rred in the linkage w ere ob tained , th ree si m u ltaneou s equati on s w ere set up . D ue to the si m u ltaneou s equati on s and the know n param e 2ters (fo r examp le , the length and s w ing angle of the rock 2
第20卷 第4期2001年 7月机械科学与技术
M ECHAN I CAL SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
文章编号:100328728(2001) 0420541202
V o l . 20 N o. 4Ju ly 2001
混合输入五杆机构的综合与应用
田汉民, 张新华, 张策
(天津大学, 天津 300072)
田汉民
摘 要:混合输入型机构的输入包括实时不可控电机输入
和实时可控电机输入。不可控电机提供主要的动力实时可控电机则起运动调节作用. 构的尺度分析, 实际应用
关 键 词:混合机构; 轨迹
中图分类号:TH 112 文献标识码:A
传统的机械系统通常采用一个定转速马达作为动力源, 通过一系列机械传动装置产生所需的输出运动。这类系统具有高的承载能力, 运行速度和系统能效, 不同输出运动间的运动协调性好, 且成本低, 能很好满足高速大批量生产的要求。这类系统最大的不足是缺乏柔性, 因为要改变输出运动就得改变运动转换机构的形式或尺寸, 这种改变通常很困难。实时控制马达的出现使得用同一机构实现可编程输出运动成为可能。当系统中有多台实时可控马达时, 控制计算机使得各马达的运动相协调。这类系统具有很好的柔性, 但系统的承载能力和运行速度受制于实时可控马达的特性且成本较高。此外, 每一个马达都要满足峰值功率要求, 以至系统中总的马达安装功率要比系统的峰值输出功率大, 致使系统的能效不高。
混合输入型机电系统同时采用定转速马达和伺服马达作为其动力源。伺服马达调节系统输出运动, 定转速马达为系统提供主要动力。使系统在保证输出运动的同时, 使机构的动力分配等特性也得到改善。
最简单的情况是用一台定转速马达和一台伺服马达的混合输入型系统。这就要用一个二自由度机构将2台马达的运动合成。运动合成机构可以用差动轮系, 也可以用二自由度连杆机构。最简单的是二自由度平面五杆机构。
二自由度混合输入平面五杆机电系统可具有以下优点:(1) 实现高精度运动输出
传统上四杆机构, 通过计算和优化, 该机构能实现复杂轨迹、刚体位置、函数输出。但是由于结构限制, 四杆机构只能精确通过5个点或9个点。该机构不可避免地存在结构
收稿日期:20000705
作者简介:田汉民(1975-) , 男(汉) , 河北,
硕士研究生
, 而且当。
(还可以加实时反馈) , 补偿机构的结构误差, 并实现复杂的运动规律.
(2) 实现复杂运动规律. 伺服电机和步进电机等可控电机通过计算机程序进行控制, 因此可完成复杂控制和任务。
(3) 可成组输出, 适于多品种、小批量的工业生产要求由于五杆机构可相当于一组四杆机构, 故它可完成该族四杆机构的功能, 运动输出可在最小停机调整时间或零停机调整时间条件下变化, 这种性质十分适于当前柔性化生产时代多品种、小批量工业生产要求。
(4) 较低的成本
工业生产要求设备柔性化, 但其输出通常只要求在一定范围内变化. 所以有许多情况只要求设备具有部分柔性, 不必使用万能通用型设备。
与多伺服马达输入系统相比, 较少的伺服马达系统具有部分柔性, 又可降低成本而提供较大的动力。
(5) 优良的机械性能此结构属于闭链结构。传统机械手都采用串联形式, 即每一个主要连杆的驱动装置都安装在它的铰链处, 这样每一个连杆都要承受它后面的所有连杆和驱动装置的重量。这就不可避免地增加机械手的惯性, 有损机械手的动力特性。此外, 开式运动链虽然在实现复杂运动规律方面有很大的自由度, 但其刚度差、运动误差积累较大、精度低。
混合输入的五杆机构的驱动装置可以安装在机架上, 自然减小机构的惯性, 改善机构的动力特性。并且刚性好、误差积累小、精度高。
1 五杆机构的尺度分析
1. 1 平面五杆机构双曲柄存在的充分条件
若五杆机构的几何尺寸满足一定条件, 两连架杆均可按任意规律运动, 则该条件称为五杆机构双曲柄存在的充分条件。平面五杆机构的机构类型既取决于五杆的相对长度, 又与机架和原动件的选取有关。如图1所示, l 5为基架, l 1, l 4为原动件。当处l 1于任意一个位置时, l 4均可作整周转动, 则可以判定该平面五杆机构是双曲柄机构。这是二自由度平面五杆机构
双曲柄存在的充分条件。
将五杆机构按杆长顺序分类, 对每种类型的五杆机构分别讨论可得五杆机构的双曲柄存在的充分条件。二自由度平面五杆机
多种输出均可通过调节可控电机实现。如图3为混合输入调速机构。在图3
所示的混合输入调速机构中, 输入1为实时不可控的交流电机。由于电机本身特性, 这种输入不稳定。输入2为实时可控的伺服电机。根据交流电机的不稳定输入和机构所要求的输出, 对伺服电机的输入进行调节。图4所示为以这种混合输入调速机构输出绝对恒速, 横坐标为时间, 纵坐标为各杆的转角, 由该图4可看出机构的输出非常理想。
图1 混合输入 图2 五杆机构的
五杆机构
装配条件
构双曲柄存在的充分条件是下列集合的并集
{l 1, l 2, l 3, l 4, l 5 m in (l 1, l 4) +l 5
m ax (l 2, l 3) -m in (l 2, l 3) m ax (l 2, l 3) ,
m in (l 1, l 4) +l 5
m in (l 1, l 4) +l 5
m ax (l 1, l 4) +m ax (l 2, l 3)
m ax (l 2, l 3)
3 混合输入调速机构 图4 不稳定输入和恒速输出
2. 2 轨迹生成
当机构存在杆长相等的条件, 满足下列条件之一也可构成双曲柄:
l 2=l 3, l 1+l 5=l 4, l 4
l 2=l 3, m ax (l 1, l 4) +l 5
l 2=l 3, l 1-l 4 ≤l 5, l 1+l 5
混合输入五杆机构生成轨迹的能力很强。以图1所示的五杆机构为基础, C 点为工作点, l 1为恒速不可控电机输入, l 4为实时可控的伺服电机输入。以理想图5 混合输入五杆机 图6 混合输入五杆机
构匀速正方型输出曲线与实际构匀速生成椭圆
输出曲线的偏差的平方和最小为优化目标, 对这种混合输入五杆轨迹生成机构进行尺寸优化设计。图5是用优化尺寸后的混合输入五杆机构匀速生成椭圆曲线, 图6用另一组尺寸的机构匀速生成正方形曲线。优化结果表明以混合输入五杆机构生成椭圆曲线, 其实际输出轨迹与理想轨迹相当吻合。以该机构生成正方形存在较小误差。2. 3 不同性质的输入之间的协调、混合海浪的不规则起伏运动推动滑块不规则上下运动。通过实时可控电机的调节, 这种不规则的运动可转化成匀速转动。这种混合输入五杆机构成功地将无法直接利用的海浪的能量转化为易于利用的匀速转动。这可成为新型海浪发电机的原型。
如图7所示, 海图7 混合输入五杆机构海浪发电机浪推动滑块做不规律的上下直线运动。这种不规律的上下运动作为机构的输入1。以实时可控的伺服电机作为机构的输入2。根据滑快的位置对伺服电机的输入进行调节, 这样就可得到易于利用的规律的转动输出。
(下转第552页)
1. 2 五杆机构构成双曲柄的必要条件
对于某些特定用途的二自由度五杆机构, 机构的2个输入之间并不是任意、无关联的。这种具有特定输入规律的五杆机构构成双曲柄输入并不一定必须满足充分条件。但该机构的两个曲柄在其特定规律的输入下, 对应每对输入角所确定的特定位姿的五杆机构都一定满足此五杆机构的装配条件。因此二自由度平面五杆机构双曲柄输入的必要条件可表述为:在两个曲柄的输入函数的一个周期内, 每对输入角所确定的五杆机构都满足此五杆机构的装配条件。如图2所示, 满足输入规律的任意一对输入, 以B 为圆心、
l 2为半径的圆和以D 为圆心、L 3为半径的圆, 总有交点。
数学描述为 l 2-l 3 ≤
(l 1sin Η1-2
l 4sin Η4) +(l 1co s Η1-2
l 4co s Η4)
≤l 2+l 3
这就是二自由度平面五杆机构曲柄存在的必要条件。
2 混合输入五杆机构的应用2. 1 速度调节
(1)
通过混合输入五杆机构, 可得到任意理想的速度输出。绝
对恒速、正弦变化的速度输出不规则连续变化的速度输出等
都只可能有一个车板在下面待命。当恰好选中该车板时, 该车板的运动最为简单, 仅上行和挂锁。就是说, 选中在下位待命的上层车板, 系统不做判断, 直接运行。但是, 如果选中在原位(上方) 待命的上层车板, 则比较复杂。
将上层车板的车位号存入M 100中, M 100=1-6。
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图6 车板运动控制梯形图
如选中上层2号车位, 则M 100=2。将空位号存入M 300中
(M 100、M 300均为电池后备数据存储单元) , 空位信号的初值由车库原始位紧靠空位的下层车板在位和移出检测开关组合获得, 如空位在第4位, 则M 300=4。上层车板下移时, 将M 100与M 300中的数据进行比较, 相等, 说明空位恰在正下方, 可直接下移; M 100
M 100=M 300时上层车板才能下移。M 100>M 300时的过
(上接第544页)
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程与之相似。软件实现如图6所示。
当0500=1(接通) 时, 上层车板可以下降, 下层车板的运动依据0600—0630的状态进行移出或移回。
6 结束语
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不同的车库结构, 采用不同的软件优化设计方法, 使得本系统施工的两大区17个分区共计186个车位的立体车库自投运以来, 各机构运行平稳、可靠, 满足了立体车库的
停车要求。专家认为:该电气控制系统, 设计合理, 技术先进, 性能可靠、安全, 操作简单、功能强; 成功地实现了车辆存取, 车板运动的全自动操作功能, 用户非常满意。
软件上的多种优化处理, 使得该系统对与车位的扩展实现较为方便, 可以适应各种不同布局的立体车库。对于多层车库, 中间的车板兼有车板的升降和托架的平移运动, 其运行机理与之相似, 因此本系统的实现对多层立体车库的设计有一定的参考价值。
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Vol . 20 No . 4July 2001M ECHAN I CAL SC IENCE AND TECHNOLOG Y
Top ics, A b stracts &Key W o rds
5
K i ne ma tics Ana lysis and Eff ic iency Ca lcula tion For Plane -tary Gear Tran s m ission
DUAN Q in 2hua
(Chengdu U n iversity , Chengdu 610081) P 534
Abstract :W e first decompo sed the p lanetary gear tran s 2m issi on in to basic un its of 2K -H type ep icyclical gear train . T hen w e carried ou t k inem atics analysis and mom en t . F inally , the linear equati on s are analysis fo r these un its
listed and so lved . T hu s a new m ethod fo r the analysis of th is k ind of tran s m issi on is p resen ted .
Key words :P lanetary gear ; T ran s m issi on ; Efficiency On M odeli ng of a Hybr id Roller -W a lker SON G L i 2bo , LU 2i
(In stitu te of , iao n , Shanghai 200030) Abstract :W e p resen the idea of leg 2w heeled hyb rid robo t of passive w heel type tak ing advan tages of w heeled robo ts
. W e first described its ro lling p rinci p le , and legged robo ts
then w e ob tained the dynam ic equati on of th is system by the generalized L agrange equati on tak ing the fricti on be 2
tw een the w heels and the ground in to accoun t , and the ex 2p ressi on of the advancing velocity . W e p roved that th is idea is feasib le theo retically . F inally , an actual examp le is given . W e calcu lated and si m u lated the ro lling speed by EXCEL 97, studied its characteristics w hen it ro lled straigh t , discu ssed the m ethod to define m agn itude of the fricti on . Conclu si on s are given in secti on 5. Key words :Robo t ; D ynam ics ; Si m u lati on ; L agrange E 2quati on
Research of On -li ne M on itor i ng D ev ice for the Ax i a l Forces of Rota ti ng M ach i ne
GAO Hong 2li , YAN G J i 2long , J I AN G W ei
(Co llege of M echan ical and E lectrical Engineering , Zhe 2jiang U n iversity of T echno logy , H angzhou 310014) P 539Abstract :A n on 2line mon ito ring system w h ich is app lied to a w ater 2supp lying cen trifugal pump is developed to re 2duce the m ach ine dam age due to the too b ig ax ial fo rces , and to en su re p roducti on au tom ati on and con tinu ity . T h is device includes tw o parts :one is the elastic fo rce 2m easu r 2ing elem en t , the o ther is the on 2line ax ial fo rce mon ito ring in strum en t . W e op ti m ized the structu re of elastic fo rce 2m easu ring elem en t u sing the fin ite elem en t m ethod and cal 2ib rated the elastic elem en t dynam ically , app lied the 89C 51m icroch i p system to con tro l the m ach ine . T h is system is
. w o rk ing w ell in som e b ig p ro jects
Key words :Ro tating m ach ine ; O n 2line mon ito ring ; Con 2
tro l ; F in ite elem en t m ethod ; T he op ti m ized design
Syn thesis of F ive -bar M echan is m with Hybr id I nputs and its Applica tion
T I AN H an 2m ing , ZHAN G X in 2hua , ZHAN G Ce
(T ian jin U n iversity , T ian jin 300072) P 541
Abstract :A hyb rid m ach ine is a device that is capab le of generating a range of p rogramm ab le , non 2un ifo rm mo 2
. T he m ach ine is driven by tw o mo to rs . A con stan t ti on s
velocity mo to r p rovides the m aj o rity of the pow er to the m ach ine , w h ile a servo mo to r a low to rque modu 2lating T he to it pow er to an ou tpu t m tw o is m . T he mo 2is in such a w ay that the driven w ith a u ser 2specified mo ti on . In , som eth ing abou t the m echan is m such as di m en 2si on analysis , speed generati on , path generati on and tun 2ing of hyb rid inpu ts has been studied , and som e p ractical u ses are in troduced . Keywords :H yb rid ; Path
M on te Carlo Techn ique for Error Ana lysis of Stewart Pla t -for m
LU Q iang , ZHAN G You 2liang
(N an jin U n iversity of Sciences and T echno logy , N an jin 210094) P 543
Abstract :T h is paper deals w ith M on te -Carlo techn ique fo r analyzing the erro r of stew art p latfo rm . By comparing the po siti on erro r and o rien tati on erro r cau sed by legs’to l 2erance w ith the erro rs cau sed by spherical j o in ts’clear 2ance , w e find that the influence of spherical j o in ts’clear 2ance is m uch mo re i m po rtan t than the influence of legs’to lerance . T h is techn ique is u sefu l fo r erro r analysis and
. erro r syn thesis
Keywords :Stew art p latfo rm ; E rro r ; M on te -Carlo tech 2n ique
D esign of Four -bar L i nkage with Quick -return Character Ba sed on the Cond ition s of Force Tran s m ission
L IM ing 1, J I AN G T ian 2di 2
(1N anchang In stitu te of A eronau tical T echno logy , N an 2
chang 330034; 2J iangx i A gricu ltu ral U n iversity , N an 2chang 330045) P 545
Abstract :W e p resen t an analytical m ethod fo r design ing the fou r 2bar linkage tak ing the conditi on s of fo rce tran s 2. Based on the relati on m issi on as basic design param eters
of qu ick 2retu rn movem en t , the po siti on s of the m in i m um and m ax i m um tran s m issi on angle occu rred in the linkage w ere ob tained , th ree si m u ltaneou s equati on s w ere set up . D ue to the si m u ltaneou s equati on s and the know n param e 2ters (fo r examp le , the length and s w ing angle of the rock 2