專利名稱：大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及用于平衡機(jī)器人手臂或假肢大臂肩關(guān)節(jié)處重力 矩的氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，在機(jī)器人大臂結(jié)構(gòu)或假肢大臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，采用各種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)大 臂負(fù)載狀態(tài)下的前后擺驅(qū)動(dòng)或外展驅(qū)動(dòng)。當(dāng)對(duì)機(jī)器人手臂或假肢手臂進(jìn)行前后擺驅(qū)動(dòng)或外 展驅(qū)動(dòng)時(shí)，必然存在要克服大臂肩關(guān)節(jié)處重力矩的問題。大臂的重力矩越大，驅(qū)動(dòng)大臂所 需的驅(qū)動(dòng)力矩就越大。若提供一種大臂關(guān)節(jié)重力矩平衡結(jié)構(gòu)，就能夠隨著大臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范 圍的變化而提供相應(yīng)的比較接近大臂重力矩的平衡力矩，從而減小大臂運(yùn)動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力 矩。又由于該平衡結(jié)構(gòu)必須要與手臂結(jié)構(gòu)相匹配，所以如何在有限的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)大 臂重力矩的最佳平衡，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述問題而發(fā)明一種大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè) 計(jì)方法。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)是一種演化的空間擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī) 構(gòu)。該空間擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由固定在機(jī)架上的上球鉸支座和下球鉸支座、一個(gè)鉸接在上球鉸 支座上的拐狀桿和一個(gè)兩端分別鉸接在下球鉸支座與拐狀桿一端的氣動(dòng)支撐桿共同組成； 拐狀桿與氣動(dòng)支撐桿的鉸接也為球鉸接。當(dāng)拐狀桿做前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)手臂實(shí)現(xiàn)前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)。氣動(dòng) 支撐桿隨著大臂的運(yùn)動(dòng)而伸縮變化，氣動(dòng)支撐桿在伸縮過程中其推力基本不變。無論手臂 是前后擺動(dòng)還是外展擺動(dòng)，氣動(dòng)支撐桿的推力都會(huì)對(duì)手臂的重力矩產(chǎn)生一定的平衡力矩。為合理地設(shè)計(jì)大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)各部分的結(jié)構(gòu)尺寸，并選擇合適的氣動(dòng)支撐 桿的推力值，以使機(jī)械手或假肢獲得結(jié)構(gòu)緊湊、重力矩平衡效果好、耗能小、運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)快、無 運(yùn)動(dòng)干涉的目的，本發(fā)明采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其步驟如下1、確定設(shè)計(jì)變量及其它參數(shù)的選取設(shè)上球鉸支座的中心點(diǎn)為0、下球鉸支座的中心點(diǎn)為D且D點(diǎn)在0點(diǎn)的正下方、氣 動(dòng)支撐桿與拐狀桿鉸接的球鉸中心點(diǎn)為E、拐狀桿的上拐點(diǎn)為B、拐狀桿的下拐點(diǎn)為F、手臂 的重心在BF向下延長(zhǎng)線上的P點(diǎn)處、當(dāng)手臂在初始位置(即BF處于鉛垂方向)時(shí)BF向上延長(zhǎng)線與過0點(diǎn)水平線的交點(diǎn)為A、當(dāng)手臂在 初始位置時(shí)E點(diǎn)在高度方向上距離0點(diǎn)為定長(zhǎng)AF、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)P點(diǎn)在高度方向上 距離0點(diǎn)為定長(zhǎng)AP、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)正面看P點(diǎn)在水平方向上偏離0點(diǎn)為定長(zhǎng)AO、當(dāng) 手臂在初始位置時(shí)側(cè)面看本平衡結(jié)構(gòu)關(guān)于0D線對(duì)稱布置、BF線與E點(diǎn)的距離為FE ；取氣動(dòng)支撐桿的氣動(dòng)推力值為設(shè)計(jì)變量Xl (單位N)；取0、D兩中心點(diǎn)間的距離0D長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量x2 (單位mm)；
取FE長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量X3 (單位mm)；在不超出大臂結(jié)構(gòu)尺寸情況下，取AF為最大值。2、根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求確定Xl、x2、x3, X4的取值范圍并進(jìn)行初始化賦值；3、在大臂活動(dòng)范圍內(nèi)，建立關(guān)于大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的外擺平衡力矩Mwp(單 位Nm)、外擺重力矩Mwz (單位Nm)、前擺平衡力矩Mqp (單位Nm)和前擺重力矩Mqz (單位 Nm)的力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，如下L1 = Vaf2+ (AO-X3)2 -sin ^/1000L2 = Vap2 + AO2 -smC^ + aJ/lOOO
L3 = AF · siny2/1000L4 = APsina 2/1000Mwp = X1 · L1Mwz = m · g · L2Mqp = X1 · L3Mqz = m · g · L4其中=L1為外展擺動(dòng)時(shí)的平衡力臂(單位m)；L2為外展擺動(dòng)時(shí)的重力臂(單位m)；L3為前后擺動(dòng)時(shí)的平衡力臂(單位m)；L4為前后擺動(dòng)時(shí)的重力臂(單位m)；α工為大臂外擺角度(單位度)，自變量；Y1是在正面視圖中的ZOED(單位度)，在運(yùn)動(dòng)中是變量，可根據(jù)Q1及各參數(shù)利 用幾何和三角函數(shù)知識(shí)編程求得；代=ZOCA=arCtg(^·)(單位度)，定值；α 2為大臂前后擺動(dòng)角度(單位度)，自變量；Y2是在側(cè)面視圖中的ZOED(單位度)，在運(yùn)動(dòng)中是變量，可根據(jù)Q1及各參數(shù)利 用幾何和三角函數(shù)知識(shí)編程求得；m為大臂重量(單位kg)；g為重力加速度；4、根據(jù)大臂的結(jié)構(gòu)空間和工作空間、氣動(dòng)支撐桿的結(jié)構(gòu)與性能、運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生相 互干涉的要求，確定設(shè)計(jì)變量的約束函數(shù)如下gl (χ) = Xl-500 ( 0g2(x) = IOO-X1 ^ 0g3 (χ) = x2-150 ( 0
g4 (χ) = 90-x2 ( 0g5 (χ) = X3-OA ^ 0g6 (χ) = 60_x3 彡 05、建立以大臂在前、后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力 矩之差絕對(duì)值的最大值達(dá)能到最小的目標(biāo)函數(shù)
f^x) = max(abs(AMli))f2 (χ) = max (abs ( Δ M2i))min f (χ) = max (x)，f2 (x))其中AMli = Mwpi-Mwzi，表示大臂外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的 平衡力矩與大臂重 力矩之差在不同位置時(shí)的數(shù)值，i = 1......η；AM2i = Μ_-Μ_，表示大臂前后擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩 之差在不同位置時(shí)的數(shù)值，i = 1......η；f^x)表示大臂外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差絕對(duì)值 的最大值；f2(x)表示大臂前后擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差絕對(duì)值 的最大值；f(x)是^⑴^P f2(x)中的最大值，是目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果是使得f(x)達(dá) 到最小，即，使得大臂在前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩 之差絕對(duì)值中的最大值達(dá)到最小。6、根據(jù)設(shè)計(jì)變量、約束函數(shù)、手臂力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及目標(biāo)函數(shù)編制優(yōu)化 設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，采用有約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)算法對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)變量 Xl、X2> X3進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，直至達(dá)到期望的優(yōu)化值；7、輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及其運(yùn)動(dòng)仿真圖形本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.對(duì)大臂采用了一種基于氣動(dòng)支撐桿的氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，可有效平衡大臂運(yùn)動(dòng)中各 個(gè)位置處的重力矩，以滿足假肢或機(jī)械手的大臂對(duì)空間緊湊、重力矩平衡效果好、驅(qū)動(dòng)力矩 小、耗能低、負(fù)載波動(dòng)小、運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)快、不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉的性能要求。2.采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以根據(jù)不同情況的需要，快速獲得最佳的各個(gè)設(shè)計(jì)變 量的參數(shù)值。


下面參照附圖1-附圖5說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1是大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的原理示意圖，其中圖l.a是大臂初始狀態(tài)的主視 圖，圖1. b是大臂外擺端平狀態(tài)的主視圖，圖1. c是大臂初始狀態(tài)的側(cè)視圖，圖1. d是大臂 前擺端平狀態(tài)的側(cè)視圖。圖例說明1一上球鉸支座 2—下球鉸支座 3—拐狀桿 4一氣動(dòng)支撐桿 5—球鉸。圖2是對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)仿真圖形，顯示了本結(jié)構(gòu)的0、D、E、F、B各點(diǎn)及其構(gòu)件在 大臂外擺運(yùn)動(dòng)過程中不同位置時(shí)的原理關(guān)系。圖3是對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)仿真圖形，顯示了本結(jié)構(gòu)的0、D、E、F各點(diǎn)及其構(gòu)件在大 臂前擺運(yùn)動(dòng)過程中不同位置時(shí)的原理關(guān)系。圖4是大臂運(yùn)動(dòng)過程中，在本平衡結(jié)構(gòu)作用下大臂殘余重力矩的變化曲線。圖5是優(yōu)化程序運(yùn)行框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的原理如圖1所示。本發(fā)明的大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)是一種演化的空間擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。由固定在機(jī)架 上的上球鉸支座1和下球鉸支座2、一個(gè)鉸接在上球鉸支座1上的拐狀桿3、一個(gè)兩端分別 鉸接在下球鉸支座2與拐狀桿3 —端的氣動(dòng)支撐桿4組成。拐狀桿3與氣動(dòng)支撐桿4由球 鉸5連接。當(dāng)拐狀桿3做前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)，手臂就實(shí)現(xiàn)前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)。氣動(dòng)支 撐桿4隨著大臂的運(yùn)動(dòng)變化而伸縮變化，氣動(dòng)支撐桿4在伸縮過程中其推力基本不變。無 論手臂是前后擺動(dòng)還是外展擺動(dòng)，氣動(dòng)支撐桿4的推力都會(huì)對(duì)手臂的重力矩產(chǎn)生一定的平 衡力矩。下面以具體實(shí)例并參照

優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。已知條件手臂重m = 10kg，手臂的重心在BF向下延長(zhǎng)線上的P點(diǎn)處，手臂在初 始位置時(shí)P點(diǎn)在高度方向上距離上球鉸支座1中心點(diǎn)0的距離為AP = 330mm，手臂在初始 位置時(shí)球鉸5中心點(diǎn)E在高度方向上距離上球鉸支座1中心點(diǎn)0的距離為AF = 310mm，手 臂在初始位置時(shí)正面看P點(diǎn)在水平方向上偏離0點(diǎn)的距離為AO = 98mm,大臂的活動(dòng)范圍 為外展擺動(dòng)0° -90°、前后擺動(dòng)-90° -90° (即方向相反，數(shù)值相等，可以只計(jì)算一半范 圍)。首先，用計(jì)算機(jī)語言對(duì)上述發(fā)明內(nèi)容中所述的設(shè)計(jì)變量、約束函數(shù)、手臂力學(xué)參數(shù) 的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及目標(biāo)函數(shù)編制優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行。本優(yōu)化 設(shè)計(jì)程序采用了復(fù)合形優(yōu)化算法。復(fù)合形優(yōu)化算法采用了清華大學(xué)出版社出版的《機(jī)械最 優(yōu)化設(shè)計(jì)》中第五章中公開的方法。計(jì)算機(jī)運(yùn)行步驟如圖5程序框圖所示。經(jīng)計(jì)算，主要優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果為1、氣動(dòng)支撐桿4的氣動(dòng)推力值為= 399. 9595N ；2、上球鉸支座1和下球鉸支座2的中心距0D長(zhǎng)度為x2 = 91. 8500mm ；3、BF線與球鉸5中心點(diǎn)E間距離FE長(zhǎng)度為x3 = 60. 0000mm ；4、目標(biāo)函數(shù)為 f (x) = 8. 4720Nm。設(shè)計(jì)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)仿真圖形如圖2、圖3所示。圖2中顯示了本結(jié)構(gòu)的0、D、E、F、B 各點(diǎn)及其構(gòu)件在大臂外擺運(yùn)動(dòng)過程中不同位置時(shí)的原理關(guān)系。圖3顯示了本結(jié)構(gòu)的0、D、 E、F各點(diǎn)及其構(gòu)件在大臂前擺運(yùn)動(dòng)過程中不同位置時(shí)的原理關(guān)系。大臂運(yùn)動(dòng)過程中，在本平衡結(jié)構(gòu)作用下大臂殘余重力矩的變化曲線如圖4所示。該大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)能對(duì)工作在上述范圍與狀態(tài)的手臂重力矩平均平衡掉 70%以上。
權(quán)利要求
一種大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，其特征在于，它是一種演化的空間擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，該空間擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由固定在機(jī)架上的上球鉸支座和下球鉸支座、一個(gè)鉸接在上球鉸支座上的拐狀桿和一個(gè)兩端分別鉸接在下球鉸支座與拐狀桿一端的氣動(dòng)支撐桿共同組成；拐狀桿與氣動(dòng)支撐桿的鉸接也為球鉸接。
2.一種如權(quán)利要求1所述的大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步 驟如下第一步確定設(shè)計(jì)變量及其它參數(shù)的選取設(shè)上球鉸支座的中心點(diǎn)為O、下球鉸支座的中心點(diǎn)為D且D點(diǎn)在O點(diǎn)的正下方、氣動(dòng)支 撐桿與拐狀桿鉸接的球鉸中心點(diǎn)為E、拐狀桿的上拐點(diǎn)為B、拐狀桿的下拐點(diǎn)為F、手臂的重 心在BF向下延長(zhǎng)線上的P點(diǎn)處、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)BF向上延長(zhǎng)線與過O點(diǎn)水平線的交 點(diǎn)為A、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)E點(diǎn)在高度方向上距離O點(diǎn)為定長(zhǎng)AF、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)P 點(diǎn)在高度方向上距離O點(diǎn)為定長(zhǎng)AP、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)正面看P點(diǎn)在水平方向上偏離O 點(diǎn)為定長(zhǎng)AO、當(dāng)手臂在初始位置時(shí)側(cè)面看本平衡結(jié)構(gòu)關(guān)于OD線對(duì)稱布置、BF線與E點(diǎn)的距 離為FE ；取氣動(dòng)支撐桿的氣動(dòng)推力值為設(shè)計(jì)變量X1 (單位N)； 取0、D兩中心點(diǎn)間的距離OD長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量X2 (單位mm)； 取FE長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量X3 (單位mm)； 在不超出大臂結(jié)構(gòu)尺寸情況下，取AF為最大值；第二步根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求確定Xl、x2、x3> X4的取值范圍并進(jìn)行初始化賦值； 第三步在大臂活動(dòng)范圍內(nèi)，建立關(guān)于大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的外擺平衡力矩Mwp (單 位Nm)、外擺重力矩Mwz (單位Nm)、前擺平衡力矩Mqp (單位Nm)和前擺重力矩Mqz (單位 Nm)的力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，如下 L1 = <formula>formula see original document page 2</formula>其中=L1為外展擺動(dòng)時(shí)的平衡力臂(單位m)； L2為外展擺動(dòng)時(shí)的重力臂(單位m)； L3為前后擺動(dòng)時(shí)的平衡力臂(單位m)； L4為前后擺動(dòng)時(shí)的重力臂(單位m)； a ！為大臂外擺角度(單位度)，自變量；Y ！是在正面視圖中的廣OED (單位度)，在運(yùn)動(dòng)中是變量，可根據(jù)a ！及各參數(shù)利用幾 何和三角函數(shù)知識(shí)編程求得；<formula>formula see original document page 3</formula> (單位度)，定值；a 2為大臂前后擺動(dòng)角度(單位度)，自變量；Y 2是在側(cè)面視圖中的廣0ED (單位度)，在運(yùn)動(dòng)中是變量，可根據(jù)a ！及各參數(shù)利用幾 何和三角函數(shù)知識(shí)編程求得； m為大臂重量(單位kg)； g為重力加速度；第四步根據(jù)大臂的結(jié)構(gòu)空間和工作空間、氣動(dòng)支撐桿的結(jié)構(gòu)與性能、運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生相 互干涉的要求，確定設(shè)計(jì)變量的約束函數(shù)如下 gl (x) = xr500 ( 0 g2 (x) = 100-Xl ( 0 g3(x) = x2-150 ( 0 g4 (x) = 90-x2 彡 0 g5(x) = x3-0A ^ 0 g6 (x) = 6O-x3 ( 0第五步建立以大臂在前、后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重 力矩之差絕對(duì)值的最大值達(dá)能到最小的目標(biāo)函數(shù) f1 (x) = max (abs( AMn)) f2 (x) = max (abs( AM2i)) min f (x) = max (x)，f2 (x))其中AMn =Mwpi-Mwzi，表示大臂外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差在不同位置時(shí)的數(shù)值，i = 1......n；AM2i =，表示大臂前后擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差在不同位置時(shí)的數(shù)值，i = 1......n；f (x)表示大臂外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差絕對(duì)值的最 大值；f2 (x)表示大臂前后擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差絕對(duì)值的最 大值；f(x)是f\(x)和f2(x)中的最大值，是目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果是使得f(x)達(dá)到最 小，即，使得大臂在前后擺動(dòng)或外展擺動(dòng)時(shí)氣動(dòng)支撐桿產(chǎn)生的平衡力矩與大臂重力矩之差 絕對(duì)值中的最大值達(dá)到最??；第六步根據(jù)設(shè)計(jì)變量、約束函數(shù)、手臂力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及目標(biāo)函數(shù)編制優(yōu)化 設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，并輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，采用有約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)算法對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)變量 Xl、x2、x3進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，直至達(dá)到期望的優(yōu)化值；第七步輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及其運(yùn)動(dòng)仿真圖形。
3.如權(quán)利要求2所述的大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于 所述的手臂重m= 10kg；所述的P點(diǎn)在高度方向上距離上球鉸支座(1)中心點(diǎn)0的距離為AP = 330mm ； 所述的球鉸(5)中心點(diǎn)E在高度方向上距離上球鉸支座(1)中心點(diǎn)0的距離為AF =310mm ；所述的P點(diǎn)在水平方向上偏離O點(diǎn)的距離為AO = 98mm ；所述的大臂的活動(dòng)范圍為外展擺動(dòng)0°-90°、前后擺動(dòng)-90° -90° ；所述的氣動(dòng)支撐桿(4)的氣動(dòng)推力值為X1 = 399. 9595N ；所述的上球鉸支座(1)和下球鉸支座⑵的中心距OD長(zhǎng)度為X2 = 91. 8500mm ；所述的BF線與球鉸(5)中心點(diǎn)E間距離FE長(zhǎng)度為X3 = 60. OOOOmm ；所述的目標(biāo)函數(shù)為f (χ) = 8. 4720Nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它包括以下內(nèi)容確定大臂結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)支撐桿平衡結(jié)構(gòu)的形式；確定設(shè)計(jì)中待優(yōu)化變量；建立大臂關(guān)節(jié)氣動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；建立約束函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)；采用有約束優(yōu)化算法求得本結(jié)構(gòu)的綜合最優(yōu)解；輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果及其運(yùn)動(dòng)仿真圖形。本發(fā)明從安裝空間，傳動(dòng)效率，大臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍，對(duì)大臂重力矩的平衡效果等多方面的因素考慮，求得一個(gè)綜合最優(yōu)解。
文檔編號(hào)B25J17/00GK101804634SQ20101010990
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月6日
發(fā)明者孫愛芹, 孫高祚, 張志獻(xiàn), 徐文尚, 樊東哲, 樊炳輝, 江浩, 王傳江, 鄒吉祥 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)