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管道细微智能体作用运转的受力简析及遏制

发布时间:2020-03-15人气:25
 

机器人机械结构和工作原理子机器人的机械结构如所示,每节子机器人内有三根相同的形状记忆合金弹簧(Spring),它们以120间隔内置,合金两端固定在端盖上。中心为一弯曲刚度各向均匀分布的软芯,芯内包有光纤和控制线。通电加热SMA弹簧,SMA发生相变收缩,带动上端盖以及后续几节,产生弯曲运动。由于SMA弹簧被硅胶限位,弯曲后也呈弧形。
  单节子机器人的力学模型子机器人由相同结构的多节组成,分析子机器人单节的运动控制就能获得整个机器人的运动模型。子机器人单节可以看作以软芯为轴的弯曲梁模型,三根合金在端部的拉力提供了弯力矩。为了简化问题,作以下假设:中心轴弯曲时长度保持不变,而且弯曲前与中心轴垂直的横截面在弯曲后仍垂直于中心轴;SMA弹簧弯曲后各部分应力分布均匀;由于SMA响应速度较慢,整体弯曲速度很慢,所以用静力学分析代替动力学分析;由于机器人体积和重量很小,所以忽略后续各节和该节本身的重力作用对弯曲梁的影响。
  根据以上假设我们可以用示子机器人单节弯曲(Bend)梁模型的力学关系。子机器人单节弯曲模型子机器人节端面示意是单节的弯曲模型,是子机器人的节端面示意。其中,角和分别为该节在OXY平面上的弯曲方向和在该方向上的弯曲角度(angle);Si(i=1,2,3)分别是三根合金与上端面的连接点,它们位于直径为dh,中心为O的圆上;Fi(i=1,2,3)分别是在弯曲过程中三根形状记忆合金的拉力;OO为中心轴,因为三根合金作用于端面,梁为纯弯曲,OO呈弧形,其圆心为P点。由可以看出,对于单根记忆合金弹簧N1S1,工作中相当于加一弹性系数不断变化的偏置弹簧。通常在控制机器人运动时,给定的目标值都可以转化为在某个弯曲方向上的弯曲角度,下面我们先推导达到静力平衡时弯曲参数与和弹簧拉力及其长度的关系。
  弯曲(Bend)参数(parameter)与和SMA弹簧力的关系如所示,建立上端面坐标系O-XY,可知三根形状记忆合金元件在坐标系中的位置(position )(a1,b1)、(a2,b2)、(a3,b3)分别为:a1=-14dh,a2=-14dh,a3=-14dh;b1=0,b2=34dh,b3=-34dh。搪玻璃反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料。搪瓷反应釜是一种反应设备,在操作的时候一定要注意,否则会因为很多原因造成损坏,导致生产被迫停止。反应釜的操作要注意很多方面。(1)根据力学关系,弯曲方向可由合金弹簧对端盖的拉力Fi推出:tg==F1b1+F2b2+F3b3F1a1+F2a2+F3a3,=00=0,=0 lt;0=,=0 gt;0=2,=0 lt;0=32。(2)三根合金在弯曲方向上产生的弯曲合力矩M为:M=dnF1cos+F2cos(23-)+F3cos(23+)。(3)根据材料力学计算出达到静力平衡时的弯曲角度(angle):=MLEkI。
  弯曲参数与和SMA弹簧的长度的关系示了和与三根SMA弹簧长度之间的关系。如所示坐标系O-XY
  Z、N
  I、Si分弯曲参数和SMA长度的关别是SMA弹簧(Spring)下端面和上端面的联结点。由于SMA弹簧随机器人弯曲而呈弧形,则其长度为NiSi弧长。如果弯曲目标参数和已知,可以计算出当该节达到目标静力平衡时三根SMA元件的长度li:P点的坐标值(Px,Py,Pz)为:Px=(H/)cos,Py=(H/)sin,Pz=0。SMA弧的弦长di为:di=(Nix-Six)2+(Niy-Siy)2+(Niz-Siz)2。
  而如果形状记忆合金负载F确定,形状记忆合金(SMA)的温度T和电阻r有对应的关系。由下式示:T=(F,r)。先通过实验取得形状记忆合金在不同温度下负载和长度的对应数据以及不同负载下温度和电阻之间的对应数据,并存储到SMA数据库中。采用PWM法控制加热SMA元件,调节占空比和加热时间来控制加热强度。由电阻反馈获知SMA元件状态。
  多节机器人运动的协调控制子机器人穿越管道时,由于靠近母机器人的子节对端部子机器人运动影响很大,稍有差错就容易碰壁。做手术时会给病人带来不必要的痛苦。所以对机器人整体运动轨迹和工作空间的研究非常重要。为了减小工作空间,我们采取多节同时弯曲和前进运动方法。由于机器人工作空间是空间三维管道,为了更加形象逼真的显示控制效果,我们采用计算机仿真的方法进行研究。
  结论采用形状记忆合金作为驱动元件可以减小微型机器人的体积,而且灵活方便。搪玻璃反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料。本文分析(Analyse)了SMA管道微型机器人系统中子机器人的力学模型,得出静力平衡时弯曲目标参数与SMA弹簧拉力和弯曲目标参数和SMA弹簧长度的关系式,根据SMA元件特性得到了控制子机器人单节弯曲运动到目标位置(position )的方法。
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