譚梓煒

摘要：針對鉸鏈四連桿機構(gòu)在大型雷達天線折疊過程中的廣泛應用，通過兩種鉸鏈連桿機構(gòu)的剛體動力學計算分析、精度定性分析的比較，獲取鉸鏈四連桿機構(gòu)在工程實際應用中應該注意和考慮的幾點事項。針對鉸鏈四連桿機構(gòu)運動設(shè)計解析法的復雜性，在建立機構(gòu)運動幾何方程的基礎(chǔ)上，利用牛頓迭加法進行數(shù)值求解。通過對不同步長以及差分格式的選取比較，確定了計算桿件速度和加速度的合適的差分公式。運用Mad語言強大的計算及圖形可視化功能，獲得了精確的數(shù)值結(jié)果和提高了設(shè)計的效率。

關(guān)鍵詞：鉸鏈四連桿；模塊化；Makeblock

一 緒論

1.1 研究現(xiàn)狀

鉸鏈四連桿（RSSR）機構(gòu)能夠用來獲得運動的空間定向軸之間的機械輸入輸出關(guān)系[1]。一個空間四桿機構(gòu)具有把連接固定連桿任意取向的兩個旋轉(zhuǎn)接頭或兩個球形接頭曲柄連接到耦合器連結(jié)的功能[2]。其曲柄機構(gòu)具有的擺動運動相對于錐齒輪的非線性關(guān)系，由輸入和輸出之間的聯(lián)系獲得。與齒輪聯(lián)軸器相比，它們軸之間具有相對大的距離修長。分析一個空間四連桿機構(gòu)的合成是一個有吸引力和挑戰(zhàn)性的問題。一些作者已在剛性連接機制方面做出顯著的貢獻[3]。

獲得部分或全部通過靈活的偏轉(zhuǎn)機制被列為柔順機構(gòu)，柔性機構(gòu)已經(jīng)經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)其具有顯著優(yōu)點。鉸鏈四連桿機構(gòu)是其中一種，鉸鏈四連桿機構(gòu)的另一個優(yōu)點是可以存儲為變形彈性能，所以沒有必要對彈簧機構(gòu)返回到的原始位置進行計算[5]。合規(guī)機制可以劃分為完全兼容和部分兼容兩種機制。近年來，一些研究人員已經(jīng)完成了分析設(shè)計鉸鏈四連桿機構(gòu)的工作。但是，也有基于鉸鏈四連桿機構(gòu)一些缺點的研究，其中之一是因為應力局限導致相對小的位移。因此，鉸鏈四連桿的設(shè)計是柔順機構(gòu)研究的一個重要部分。文獻中已經(jīng)存在用于分析和柔性機構(gòu)設(shè)計的幾種方法，Matlab技術(shù)可以連接關(guān)節(jié)和扭轉(zhuǎn)彈簧[6]。由此看來可以用于當柔性機構(gòu)符合一定規(guī)律的設(shè)計計算，這樣，鏈接可以假定由剛性和彎曲樞軸兩部分組成，機制可以假定為扭轉(zhuǎn)彈簧。該技術(shù)適用于剛體開發(fā)和技術(shù)標準的設(shè)計。

1.2 鉸鏈四連桿（RSSR）運動學分析

在標準的RSSR分析之前，剛性RSSR運動學分析過程是必需的.圖1顯示了PRBM的應用。無論繞其軸線耦合器（其也被約束在柔順RSSR）如何旋轉(zhuǎn)，該機構(gòu)都具有一度的自由度[7]。一個RSSR和一個約軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成空間的二軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)不同的比例，運動可以是雙曲柄，曲柄搖桿或雙搖桿式的。參照圖1，A2 =驅(qū)動曲柄（聯(lián)系2），A3 =的長度耦合鏈路（鏈路3），A4 =從動連桿的長度（聯(lián)系4），p的長度=| OC|的垂直轉(zhuǎn)動對的軸之間的共同長度，F(xiàn) =從共用的腳垂直于通過點A所描述的曲柄圓的中心的距離，G =| CG|（從x軸正方向），ξ=從共同的腳垂直于由點B中所述的曲柄圓的中心的距離，θ=曲柄角（逆時針方向測量）χ=從動連桿的位移的軸線之間的角度（x軸正方向）。

二 開源平臺的設(shè)計

2.1 MAKEBLOCK軟件系統(tǒng)

為了從機器人的模擬間斷網(wǎng)絡(luò)抽樣，一個名為“MAKEBLOCK”的'軟件系統(tǒng)被開發(fā)出來，使用的是Borland Delphi5.0軟件開發(fā)工具。

MAKEBLOCK的主要功能有：

1.提供一個友好的用戶界面；

2.通過蒙特卡羅模擬的方法模擬一個網(wǎng)絡(luò)中斷技術(shù)，在幾何擬合分布討論不連續(xù)套參數(shù)；

3.判斷來自模擬間斷網(wǎng)絡(luò)機器人三維動作；

4.計算電子模塊的頂點，體積，三維尺寸和三維形狀指數(shù)的坐標；

5.分析電子模塊的預測大小和形狀分布；

6.用于輸入，編輯和排序3D和2D圖形塊并提供了一個多功能的圖形環(huán)境；

7.使用內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫管理所有的數(shù)據(jù)。

MAKEBLOCK的典型界面示見圖2。

2.2 開源硬件平臺

氣缸網(wǎng)用來設(shè)計樹模型，在攪拌機和圓飛機被用于設(shè)計樹中離開。材料和幾何形狀加入到樹模型。在這之后，樹模型導出2個文件，材料和.mesh。然后將這些2個文件保存在質(zhì)地中，轉(zhuǎn)化為.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夾，以便可以起到內(nèi)裝機器人仿真作用。

立方體平面縮放可細分為10個模塊，然后選擇相應的小方塊運行，并將其擠壓至0.5mm的設(shè)計高度內(nèi)。室外環(huán)境不平整的地面是在機器人仿真內(nèi)提交的，并一步表示出來。材料和幾何形狀加入到該環(huán)境模型中。在此之后，環(huán)境模型輸出2個文件，材料和.mesh。然后將這2個文件保存在質(zhì)地并轉(zhuǎn)化為.j3o文件。然后.j3o文件被保存在模型文件夾，以便它可以在機器人仿真內(nèi)被裝載。

2.3移動應用控制器

該應用程序使用了Android設(shè)備，藍牙模塊控制無論是從觸摸按鍵的輸入或使用加速度計，都通過傾斜的Android device.In的兩種模式，這是“按鈕模式”，由麻省理工學院應用Inventor軟件機構(gòu)開發(fā)設(shè)計的，這在圖5和圖6分別指出[8]。在“加速度模式”下，需要在Android設(shè)備上予以傾斜，并按下“ON”按鈕，輸入并發(fā)送到移動夾持機器人。機器人的運動將與Android設(shè)備的傾斜同步，每次按下“ON”按鈕，在“按鈕模式”的Android設(shè)備將會從觸摸屏讀取輸入發(fā)送特定的輸入移動機器人。在這種模式下，夾持器的控制將被用來包括加速計模式在內(nèi)的比較，并控制機器人的運動。升降機按鈕放下后，抓手、抓地力和釋放夾子是可用的。而在這種模式下，包括其它用于避免障礙的超聲波傳感器的檢測。與超聲波接通時，移動把持機器人將自動終止輸入，順序通過來自傳感器的讀數(shù)向前移動，并可以打開任一方式。

該機器人的控制系統(tǒng)采用Arduino和藍牙模塊超聲波傳感器技術(shù)，增強了機器人的移動夾持能力。添加的藍牙模塊具有特定MAC地址，在Android應用程序中起編程作用，因此應用程序?qū)o需用戶搜索或掃描，可用藍牙自動連接到移動夾持機器人。同時，超聲波傳感器可以用于檢測遇到的機器人，以便它可以避開障礙物。機器人控制流程示見圖4。

2.4圖像處理

首先，用戶需要確定目標對象（垃圾）的顏色和形狀。通過跟蹤圖像處理調(diào)整色彩RGB[9]。除此之外，光強度變化的直方圖顯示色調(diào)設(shè)置。 還有，精確的邊緣檢測器與超聲波傳感器一起工作的技術(shù)已經(jīng)運用，并避免了障礙。接著，機器人運動將與圖像處理同步運行。

此外，該機器人安裝的手臂和夾持器能夠夾住并拿起對象。因為，這項目只是一個原型的機器人，夾具不具有抓握物體的重量大于5公斤的能力。表明用戶能夠使用機器人將受害者從災難中救出，采摘放射性物質(zhì)，或改善戰(zhàn)略環(huán)境中的測試技術(shù)并且在制造組件中一起使用。

第四章 結(jié)論

本文證明，用簡單的Android和RSSR設(shè)備和另外一個Android應用程序，可以被用來控制移動機器人。已經(jīng)有關(guān)于使用Android設(shè)備的記錄，但該項目的主要目的是為了顯示源五金（Android版，Arduino的）和軟件如何打開（jMonkey，賈西姆平臺），可以集成到教學和學習創(chuàng)建一個框架，控制移動機器人等研究項目。

機器人仿真成功在于JmonkeyEngine正確運行。不同的環(huán)境是編程模擬里面不同的場景。該機器人仿真能夠訪問外部網(wǎng)絡(luò)攝像頭的實時視頻，并且能夠用于導航和目標檢測。

機器人能夠成功地檢測目標對象，并且可以識別真實機器人以及視覺機器人的位置。用戶可以通過流媒體直播的機器來監(jiān)控并使用機器人。

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