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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:2020-05-12 浏览次数:33
      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,它们以120间隔内置,合金两端固定在端盖上。储气罐不锈钢储罐,是以不锈钢为原料制成的储罐。和普通的滚塑储罐相比,不锈钢储罐可以耐受更高的压力,在很多高压场合广泛使用,同时不锈钢储罐有个很显著的特点:罐体密封性能优异,彻底杜绝了空气中有害物质和蚊虫的侵入,确保罐内存放的液体不会受到外界污染,不会滋生红虫,因此不锈钢储罐大多用来储运食品,药品,并广泛的用于酿酒业和乳业。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(control)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(Analyse)子机器人单节的 运动控制(control)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;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。  弯曲参数与和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(a1,b1)、(a2,b2)、(a3,b3)分别为:a1=-14dh,a2=-14dh,a3=-14dh;b1=0,b2=34dh,b3=-34dh。(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<0=,=0>0=2,=0<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.  折叠参数与和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弹簧下端面和上端面的 联结点。不锈钢储罐有较强的耐腐性,它不受外界空气及水中余氯腐蚀。每个球罐出厂前均经受超强的压力测试和检验,在常压下使用寿命可达100 年以上。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(alloy)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。不锈钢储罐按用途分类:可分为酿酒类不锈钢罐,食品类不锈钢罐,制药类不锈钢罐,乳业类不锈钢罐,化工类不锈钢罐,石油类不锈钢罐,建材类不锈钢罐,电力类不锈钢罐,冶金类不锈钢罐。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(fǎn kuì)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。本文分析了SMA管道微型机器人系统(system)中子机器人的 力学模型,得出静力平衡时折叠目标参数与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(control)子机器人单节弯曲运动到目标位置的 方法。


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