Nghiên Ứu Á Giải Pháp Ân Bằng Động Lự Họ Ho Ơ Ấu Phẳng Nhiều Khâu, Nhiều Bậ Tự Do..pdf

1 B GIÁO D O   I H C BÁCH KHOA HÀ N I     Nghiên c các i pháp cân bu gi  c u ph  LU[.]

L 

u Trong

c ngoài Nh ng tài liu tham kh o này   

Hà n

Hc viên



 1

L  2

 3

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CÁC CH VI T TT 5   

DANH M C CÁC HÌNH V  TH 7   

DANH M  C CÁC B  NG 9

 U 10

 11

 LÝ THUY T V CÂN B NG KH       U PH NG 11 

1.1 Gi i thi u t ng quan v    cân bng l 11

1.2 L c quán tính thu g n và ng u l   c quán tính thu gn 12

u ki n cân b ng kh  ng t ng quát 13    

1.4 Bii u ki n cân b ng kh  ng v d i s 14

 u ki n cân b ng l     i d ng bi u th  i s 14    

 u ki n cân b ng ng u l      i d ng bi u th  i s 16    

n m m xây d  19

1.5.1 Tính toán s   u ph ng  19

 n m m xây d   u ki n cân b   ng l c 22 

 26

CÁC GI I PHÁP K THU  I V I CÂN B NG 26     

KH   U PH NG  26

2.1 Gi i thi u chung 26 

2.2 Cân bu nh  i tr ng 27

2.3 Cân b ng nh   u ph 28tr 2.3.1 Cân b  u nh   28

2.3.2 Cân b  u nh  cam ph 32 ng  u hình bình hành 33

 u cân b ng Lanchester 34 

2.3.5 M t s gi i pháp khác    35

 37

M  T S THÍ D ÁP D  NG 37

 37

 ng h c và h    t 37

3.1.2.Thit l u ki n cân b ng l c quán tính    38

3.1.3 Thi  t l u ki n cân b ng ng u l c quán tính     40

3.1.4 Các gi i pháp cân b   u 4 khâu 41

ng 45

 ng h  45 

3.2.2 Thit l u ki n cân b ng l c quán tính    47

  u l  50

3.2.4 Các gi i pháp cân b   u 6 khâu ph ng  52

3.3 Thit lu king 57

 ng h    57

3.3.2 Thi  t l u ki n cân b ng l c quán tính    59

  u l  62

3.3.4 Các gi i pháp cân b   u 8 khâu ph ng  64

3.4 Thit lu ki n cân b ng c  u 3RRR 69

 ng h  t 69  

 u ki n cân b ng l c quán tính 71   

  u l  75

3.4.4 Các gi i pháp cân b   u 3RRR 76

3.5 Thit lu ki n cân b ng c  u 3RPR 82

 ng h  t 82  

3.5.2 Cân b ng l c quán tính b    i tr ng  85

3.5.3  88

M Mômen l c quán tính thu g n c  u

Các t kh i tâm c a khâu i (trong h   t   ng)

Si

x , ySi Các t kh i tâm c a khâu i (trong h   t  c nh)  

i

 Góc quay ca khâu th i

Hình 2.7 Cân b ng ng u l c quán tính v i     u cam ph ng  31 Hình 2.8 Cân b ng ng u l c vu hình bình hành   32 Hình 2.9 Cân b ng ng u l      u 3RPR nh    u hình bình

Hình 3.9 So sánh tr s l c quán tính thu g n       theo

Hình 3.23 Cân b ng ng u l   u 3RRR 79 Hình 3.24 K t qu    c và sau cân b ng ng u l c quán tính     u

Hình 3.25   ng h c các h t     u 3RPR 82 Hình 3.26 Mô hình m t chân robot l p thêm khâu ph   83 Hình 3.27 Cân b ng l c và ng u l  u 3RPR     89 Hình 3.28    th l c và sau cân b  u 3RPR 93 Hình 3.29   th momen quán   c và sau cân b    u

Trong quá trình v n hành, các chi ti t máy chuy  ng t o ra các l c (và ng  u

l c) quán tính H l c quán tính gây ra các ph n l    ng ph t i các và    

    s bi n thiên Các ph n l c ph là m t trong nh ng nguyên nhân      chính gây ra hing có h i t i móng máy và các chi ti t máy T   c

 quay c a máy càng l n thì tr s c a l c quán tính càng l      

ng c a máy càng l n  

Cân b ng kh ng cc hi u là bi n pháp làm gi m ho c tri t tiêu     ngu    ng xu t phát t các l c quán tính c      ng Trong nhi cân b ng kh ng cc nhi u nhà nghiên c u quan tâm.

Lup trung nghiên c     nh m làm gi m ho c tri t tiêu hoàn toàn l c quán tính thu g    a h 

l u l c quán tính thu ga h l c quán tính) c  u gi i pháp cân b ng kh ng du kin cân b ng kh u th  i s bi u diu ki n tri t tiêu  

l c quán tính thu g n và ng u l c quán tính thu g n c     u T  u kin cân b ng, ta có th  nh và ch n l a các tham  

1.1 Gi i thi  u t ng quan v cân b ng l     c

Cân b ng kh  ng c  c hi u là bi n pháp làm gi m ho c tri    t tiêu ngung xu t phát t các l c quán tính c   ng,

m t trong nh   ng t   các ti trng lu Trong nhi v cân b ng kh ng

cc nhiu nhà nghiên c u quan tâm.

Cân b ng kh c chia thành hai d ng: 

Cân b ng l c quán tính   (shaking force balancing) nh m làm gi m ho c tri tiêu    t hoàn toàn l c quán tính thu g n (hay véc  a h l c quán tính) c  u

L c quán tính có th   c cân b ng hoàn toàn b ng cách l  i tr ng vào các khâu hoi phân b kh ng ho c v trí kh i tâm c a t ng khâu     Tuy nhiên, gi i pháp cân b ng chung c a toàn b c u,    

 u l ng c  n l ng l c t i  các kh p n i gia các khâu trung gian

Cân b ng ng u l c quán tính    (shaking moment balancing) nh m làm gi m ho  c trit tiêu hoàn toàn ng u l c quán tính thu g n c     u So v i cân b ng l c   quán tính, v cân b ng ng u l c quán tính ph c t    u Ng u l c quán  tính không th cân b c hoàn toàn nh  i phân b kh ng c a các khâu Gii pháp cho v này là l p thêm các khâu ph   u cam,

ho  u t o các ng u l c cân b ng   

Tuy nhiên, m i gi i pháp cân b ng kh   u ph i d u ki n cân 

b ng kh ng u th i s bi u di u ki n tri t tiêu l  c quán tính thu g n và ng u l c quán tính thu g n c    u T  u ki n cân 

b ng, ta có th    nh và ch n l a các tham s hình h c - kh     ng c a các khâu m t cách phù h  p

n nay, bài toán cân b ng kh i  ng c   u phc nghiên

c u khá t ng quát Cân b ng kh   ng cu không gian ph c t u

và v p t c nghiên cu trên th gi  i

1.2 L c quán tính thu g n và ng    u l c quán tính thu g n 

Xét m u p khâu u liên k t gi , d ng và hôlônôm (hình ch   1.1)u có th  t h nhi u v t có c u trúc m ch vòng    

mi ISi  i c a khâu th i

Si   c a nó

1.3 C  u ki n cân b ng kh     ng t ng quát 

 thu gthu gn 

C tính theo công thc (1.16), ma tr n  G b tính theo công th c (1.13), ma tr n Bi và

 tìm nghi m g a h   i s phi tuyng

s d ng các    pháp lp tuyHip Newton-   p Newton m r ng)  

- c 4: Xut kt qu nghim , kt thúc quá trình lp



Sai

ng h c c u có liên quan m t thi o hàm m t hàm s   nh v n t c và gia t c) Trong nhi   ng h p, các hàm s là các bi u th c gi i tích ph c t p, vi      ng gi i tích t n nhi u th i gian và d    o hàm s  o hàm

Cân b ng kh ng cc hi u là các bi n pháp làm gi m ho   c trit tiêu ngung xu t phát t các l c quán tính c a các khâu    

ph ng truy  ng v i t    c công b trên nhi u t p chí chuyên   

kh o, thí d  các bài báo khoa h c [3], [4], [5], [6], [12], [16], [17], [18] 

>

2.2 Cân b  u nh   i trng

Kho sát khâu th trong hi  u, chi u dài c a khâu là , kh  ng 0

i

m , v trí kh i tâm  Si trong h t   ng O i là S i , mômen quán tính

gii pháp này làm cho khi tâm chung cng yên v i m i v trí ca

So v i bài toán cân b ng l c quán tính, bài toán cân b ng ng u l c quán tính      

ph c t t nhi u Ng u l c quán tính không th cân b ng hoàn toàn nh thay      

i phân b kh  ng hay l   i tr ng 

Các gi i pháp k  thut cho v này là phi lp thêm các khâu ph (nhóm các khâu 

ph  t o ra các ng u l c cân bng trong khi vm bc các yêu c u truy  t k và vm bc kh  ng lc quán tính Các khâu ph  c s d ng r ng dãi nh t là b truy       tinh lp cho t c l i

c  d n s t o ra mômen cân b ng   

Hình 2.3 Cân b ng ng u l  u   

Gi ra b i    c l p trên khâu 2, ngày nay gic phát trin, có th áp d ng lên nhi u khâu   

c ki m ch ng khi l  lên  ng

Hình 2.4 Cân b ng ng u l c quán tính t ng khâu v i các c    

Trên  c cân b ng ng u l c quán tính v i các c p     

 c g n ch p v i bánh 

  g n ch t vào khâu 3 và   p v hình trên ta th , quay cùng chi u v i các khâu còn các   2,3

 ,  c l i, nh v y mà t ng momen quán tính c a các khâu    

ng có th   c gi c vào mômen quán tính c a t ng bánh  

ng h p này là cân b ng ng u l   

ca các khâu s c ging u l c quán tính là nh nh  t

C n ph i chú ý r  p trên các khâu chuyng song ph    ng c      i v trí kh i tâm và  

 cân b ng ng u l    u 3RRR

 cân b ng ng u l   quay quanh m t v trí c nh b ng cách s d ng các b truy        c s d u

 cân b ng ng u l    u 3RRR  2.3.2 Cân b  u nh  cam ph ng

Hình 2.7.cân b ng ng u l    c quán tính v u cam ph ng 

Sau khi thi t l    u ki n cân b ng l c quán tính và ng u l c quán     chúng ta l a ch   t k u cam ph ng và l u cam vào các

ng v quay quanh v trí c nh s làm gi m các ph n l c tác d ng t i các kh p           

ng thm thi u s    u l c quán tính i tr ng gây ra 

mà v n không  ng t i cân b ng l  c thc hi

u hình bình hành còn có th s d   chuy

 c l ng v v trí c nh    

Hình 2.8 Cân b ng ng u l c v    c u hình bình hành

Gii pháp ln và có hi u qu cao, có th   ti p c n d dàng áp d cân bu nhi u thanh ph ng trong h các   

u ph c t p  

l ch tâm    l ch tâm eso v i tr    i x ng nhau theo tr c x ho c  trc y N u ta ký hi u góc quay c   , v n t c góc quay c  a bánh



u này s t o ra l c quán tính là:   

Hình 2.10 Cân b ng l c quán tính nh   u Lanchester

Gi  u ki n trên ta s   c các thông s  , phù hu

 cân bt

2.3.5 M t s gi i pháp khác   

T o ra m t chuy  o ra m t l 

bng m t cân b   c l i nh m u khác hoc

nh nhóm hai tay b sung (hình 2.11   )

  m b o cho h l c quán tính c a toàn b      c cân

bc và các ng u l c truy n xu ng các      

c u ph i chi m nhi     b sung và yêu c u b sung  công suên, m i gi i pháp thi t k k     thu t (l p kh  ng ph, khâu phu ph i xu t phát t vi c thi t l     u ki n cân b ng kh  ng

Hình 2.11 Các thí d v   cách b  u có chuy  c

C  u

i

e  v trí ri 1.16)

L i tr ng trên khâu 1,3 và gi nguyên khâu 2 (không phân b l i kh    

Do 10, 30 khi 02 1y kh i tâm c a khâu 1 và khâu 3 c a   

c cân b ng l c quán tính ph i có v trí bên kia c a 2 kh p n i giá       

u này có th  c th c hi n b ng cách g n vào khâu 1 và khâu 3    

các khng ph  m1*,m3* v i kho ng e1*,e*3 kh i tâm các  

khâu này thu ki n (3.21) 

M t khác, t công th c kh i tâm c a v t r n ta thi t l        c v trí c a kh i tâm   

ca hai khâu 1 và khâu 3 sau khi gn thêm khng ph 