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[原创] 用3个柱面副组合成1个连杆副(天圆地方)

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发表于 2020-5-10 07:39:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
在ug12.0里面可以用连杆副对一个连杆进行6个自由度的控制,但之前的版本没有这个功能,要想实现对一个连杆进行6自由度控制,需要借助多个运动副组合成与连杆副相同的6个自由度。柱面副有2个自由度,即轴向的平移和轴向的旋转,所以本案例采用3个柱面副实现该功能,每两个连杆可组成一个柱面副,大地与Link1组成柱面副1(x),Link1和Link2组成柱面副2(y),Link2和Link3组成柱面副3(z),除去大地连杆,一共需要额外建立3个连杆,Link3即为终端控制连杆。
绘制图1所示的草图,进入到仿真模块,分别建立Link1,Link2和Link3,按上述方法建立柱面副。将该终端看成是6自由度工业机器人的执行端,通过控制这6个自由度,工业机器人的执行端即可在空间绘制出所需轨迹。本案例仅控制3个平移自由度,通过数学函数的方式控制x,y,z三个方向的位置点,仿真后在空间中绘制一个天圆地方的轨迹图,如图2所示。
天圆地方1 0.png
图1 绘制所需的连杆1(水平线段),连杆2(竖直线段),和连杆3(箭头&点)
天圆地方 0.png
图2 天圆地方规划图
接下来要规划轨迹点的运动顺序,轨迹点初始位置为(0,0,0),先绘制俯视图上边长为100的正方形,再绘制侧面的4条正弦线(主视和俯视方向为正弦线),最后绘制顶面的圆。详细规划步骤如下:
  • 绘制水平线1,(0,0,0)至(100,0,0);
  • 绘制竖直线1,(100,0,0)至(100,100,0);
  • 绘制水平线2,(100,100,0)至(0,100,0);
  • 绘制竖直线2,(0,100,0)至(0,0,0);
  • 绘制正弦线1,(0,0,0)至(100,0,0),x向为直线,y和z向为正弦线,y幅值为20,z幅值为80。
  • 绘制正弦线2,(100,0,0)至(100,100,0),y向为直线,x和z向为正弦线,x幅值为20,z幅值为80。
  • 绘制正弦线3,(100,100,0)至(0,100,0),x向为直线,y和z向为正弦线,y幅值为20,z幅值为80。
  • 绘制正弦线4,(0,100,0)至(0,0,0),y向为直线,x和z向为正弦线,x幅值为20,z幅值为80。
  • 绘制斜线,(0,0,0)至(50,20,80);x,y,z向均为直线;
  • 绘制整圆,(50,20,80)至(50,20,80)。

每一步规划1s内完成,完成以上步骤,共计10s,且下一步的起点为上一步的终点。正弦线采用前半周期,即1s的时间完成前半个周期。
以上步骤可在excel中规划,并列出所需的数学函数式,通过excel的函数功能,组合出x,y和z三个方向的运动函数,本案例使用ug的if函数的嵌套,按以上步骤运用数学函数完成对轨迹点规划,如图3所示。
QQ20200509-0.png
图3 Excel中对函数进行规划和组合
将组合好的if函数嵌套分别粘贴到对应的平移函数中,如图4所示。
7C4457F7-5FF8-4E30-8CAF-4DBEE668F8DD.png
图4 将if函数的嵌套粘贴到对应的平移函数中
求解后,运行仿真动画,检查运动轨迹是否为规划路线,如果不符就检查出错的步骤,最终将得到所需的轨迹路线,如图5,图6所示。
天圆地方2.gif
图5 规划点轨迹曲线
天圆地方3.gif
图6 规划点追踪轨迹点
总结:1个连杆副相当于3个柱面副的整合,可以对该连杆进行6自由度的控制,能在三维空间绘制复杂的曲线轨迹。
PS:如果将连杆副视为工业机器人的执行终端,通过控制执行端,可以让工业机器人在空间中完成各种复杂的运动轨迹,或是工业机器人所能及的任意一个空间位置。



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四级士官

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发表于 2020-5-10 18:27:46 | 显示全部楼层
虽然不懂,还是来加分,大师多来发帖指导,非常感谢。

问一下,这都可以用到什么方面?????

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大校

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 楼主| 发表于 2020-5-10 23:31:37 | 显示全部楼层
techcai 发表于 2020-5-10 18:27
虽然不懂,还是来加分,大师多来发帖指导,非常感谢。

问一下,这都可以用到什么方面?????

实际中并没有什么用,如果把连杆副视为机器人执行端,就能仿真机器人的动作(搬运,焊接等),如果把连杆副视为数控机床的主轴,它就能仿真数控机床的动作(车面,铣轮廓,钻孔等),如果把连杆副视为无人机,它就可以完成各种炫技动作,主要看你想让它做什么。

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中校

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10800
发表于 2020-5-11 09:20:54 | 显示全部楼层
虽然不懂,66666,大师多来发帖指导

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上校

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14317
发表于 2020-5-15 16:45:05 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享。向楼主学习。

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少尉

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发表于 2020-6-8 13:20:17 | 显示全部楼层
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