管道清灰機(jī)器人設(shè)計(jì)

目錄

1.緒論.............................................................1

1.1機(jī)器人的發(fā)展綜述................................................1

1.1.1機(jī)器人定義....................................................1

1.1.2我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義........................................1

1.1.3機(jī)器人發(fā)展簡(jiǎn)史...............................................2

1.2管道機(jī)器人概述..................................................4

1.2.1國(guó)外管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀..........................................4

1.2.2國(guó)內(nèi)管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀..........................................4

1.3管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)概述..........................................5

1.3.1管道清灰機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式..........................................5

1.3.2管道清灰機(jī)器人操作臂設(shè)計(jì)要求....................................6

1.3.3管道清灰機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................6

1.3.4管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)組成..........................................7

2.管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和三維模型的建立.......................8

2.1PRO/ENGINEER軟件的介紹...............................................8

2.1.1Pro/E的系統(tǒng)特征...............................................8

2.1.2Pro/Engineer主要模塊介紹......................................9

2.2管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)三維模型的建立.............................11

3.管道清灰機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.............................................23

3.1機(jī)器人操作臂類(lèi)型選擇..............................................23

3.2鏟斗轉(zhuǎn)角差及卸載角分析............................................25

3.3機(jī)器人操作臂自由度................................................26

3.4操作臂死點(diǎn)分析....................................................26

4.管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真...............................................29

4.1鏟斗鏟灰..........................................................29

4.2鏟斗舉升..........................................................31

4.3鏟斗旋轉(zhuǎn)..........................................................32

結(jié)論..................................................................34

致謝.................................................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

參考文獻(xiàn)................................................................34

1.緒論

1.1機(jī)器人的發(fā)展綜述

1.1.1機(jī)器人定義

在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技術(shù)語(yǔ)一個(gè)明確的定義，但機(jī)器人問(wèn)世已有幾十年,

機(jī)器人的定義仍然仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的意見(jiàn)。原因之一是機(jī)器人還在

發(fā)展，新的機(jī)型，新的功能不斷涌現(xiàn)。機(jī)器人涉及到了人的概念，成為一個(gè)難以回答的

哲學(xué)問(wèn)題。就像機(jī)器人一詞最早誕生于科幻小說(shuō)之中一-樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。

也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。

機(jī)器人主要類(lèi)型：

操作型機(jī)器人：能自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能，有幾個(gè)自由度，可固定或運(yùn)動(dòng),

用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。

程控型機(jī)器人：按預(yù)先要求的順序及條件，依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。

示教再現(xiàn)型機(jī)器人：通過(guò)引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)

器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。

數(shù)控型機(jī)器人：不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人

根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。

感覺(jué)控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。

適應(yīng)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。

學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人：機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所“學(xué)”

的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。

智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。

1.1.2我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義

我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)

器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力,

是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。在研究和開(kāi)發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器

人的過(guò)程中，人們逐步認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是感知、決策、行動(dòng)和交互技術(shù)的結(jié)合。

隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開(kāi)始源源不斷地向人類(lèi)活動(dòng)

的各個(gè)領(lǐng)域滲透。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的具有感知、決策、

行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、

醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人等。對(duì)不同任務(wù)和特殊環(huán)境的

適應(yīng)性，也是機(jī)器人與一般自動(dòng)化裝備的重要區(qū)別。這些機(jī)器人從外觀上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了

最初仿人型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人所具有的形狀，更加符合各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要

求，其功能和智能程度也大大增強(qiáng)，從而為機(jī)器人技術(shù)開(kāi)辟出更加廣闊的發(fā)展空間。

中國(guó)工程院院長(zhǎng)宋健指出：“機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步和應(yīng)用是20世紀(jì)自動(dòng)控制最有說(shuō)服力

的成就，是當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化”。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了

高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類(lèi)生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國(guó)際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技

術(shù)的作用和影響。

我國(guó)的機(jī)器人專(zhuān)家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)

器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)

器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：

服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。

在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器

人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)

器人也分為兩類(lèi)：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這

和我國(guó)的分類(lèi)是一致的。

1.1.3機(jī)器人發(fā)展簡(jiǎn)史

（引自《環(huán)球科學(xué)》2007年第二期）

1920年捷克斯洛伐克作家卡雷爾?恰佩克在他的科幻小說(shuō)《羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司》

中，根據(jù)Robota（捷克文,原意為“勞役、苦工”^DRobotnik（波蘭文,原意為“工人”），

創(chuàng)造出“機(jī)器人”這個(gè)詞。

1939年美國(guó)紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造的家用機(jī)器人Elektro。它由電纜

控制，可以行走，會(huì)說(shuō)77個(gè)字，甚至可以抽煙，不過(guò)離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它

讓人們對(duì)家用機(jī)器人的憧憬變得更加具體。

1942年美國(guó)科幻巨匠阿西莫夫提出“機(jī)器人三定律”。雖然這只是科幻小說(shuō)里的創(chuàng)造，

但后來(lái)成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。

1948年諾伯特?維納出版《控制論》，闡述了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感

覺(jué)機(jī)能的共同規(guī)律，率先提出以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化工廠。

1954年美國(guó)人喬治?德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人，并注冊(cè)了專(zhuān)利。這

種機(jī)械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。

1956年在達(dá)特茅斯會(huì)議上，馬文?明斯基提出了他對(duì)智能機(jī)器的看法：智能機(jī)器“能

夠創(chuàng)建周?chē)h(huán)境的抽象模型，如果遇到問(wèn)題，能夠從抽象模型中尋找解決方法”。這個(gè)

2

定義影響到以后30年智能機(jī)器人的研究方向。

1959年德沃爾與美國(guó)發(fā)明家約瑟夫?英格伯格聯(lián)手制造出第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人。隨后，

成立了世界上第一家機(jī)器人制造工廠——Unimation公司。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人

的研發(fā)和宣傳，他也被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)器人之父”。

1962年美國(guó)AMF公司生產(chǎn)出“VERSTRAN”(意思是萬(wàn)能搬運(yùn))，與Unimation公司生產(chǎn)的

Unimate一樣成為真正商業(yè)化的工業(yè)機(jī)器人，并出口到世界各國(guó)，掀起了全世界對(duì)機(jī)器

人和機(jī)器人研究的熱潮。

1962年-1963年傳感器的應(yīng)用提高了機(jī)器人的可操作性。人們?cè)囍跈C(jī)器人上安裝各種

各樣的傳感器，包括1961年恩斯特采用的觸覺(jué)傳感器，托莫維奇和博尼1962年在世界

上最早的“靈巧手”上用到了壓力傳感器，而麥卡錫1963年則開(kāi)始在機(jī)器人中加入視

覺(jué)傳感系統(tǒng)，并在1965年，幫助MIT推出了世界上第一個(gè)帶有視覺(jué)傳感器，能識(shí)別并

定位積木的機(jī)器人系統(tǒng)。

1965年約翰?霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室研制出Beast機(jī)器人。Beast已經(jīng)能通過(guò)聲

納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，美國(guó)麻

省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)興起研究

第二代帶傳感器、“有感覺(jué)”的機(jī)器人，并向人工智能進(jìn)發(fā)。

1968年美國(guó)斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機(jī)器人Shakey。它帶有視覺(jué)傳感器，能

根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木,不過(guò)控制它的計(jì)算機(jī)有一個(gè)房間那么大。Shakey可以算

是世界第一臺(tái)智能機(jī)器人，拉開(kāi)了第三代機(jī)器人研發(fā)的序幕。

1969年日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。加藤一郎

長(zhǎng)期致力于研究仿人機(jī)器人，被譽(yù)為“仿人機(jī)器人之父”。日本專(zhuān)家一向以研發(fā)仿人機(jī)

器人和娛樂(lè)機(jī)器人的技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng)，后來(lái)更進(jìn)一步，催生出本田公司的ASIM0和索尼公司的

QRIOo

1973年世界上第一次機(jī)器人和小型計(jì)算機(jī)攜手合作，就誕生了美國(guó)Cincinnati

Milacron公司的機(jī)器人T3。

1978年美國(guó)Unimation公司推出通用工業(yè)機(jī)器人PUMA,這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)

完全成熟。PUMA至今仍然工作在工廠第一線。

1984年英格伯格再推機(jī)器人Helpmate,這種機(jī)器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送

郵件。同年，他還預(yù)言：“我要讓機(jī)器人擦地板，做飯，出去幫我洗車(chē)，檢查安全”。

1998年丹麥樂(lè)高公司推出機(jī)器人(Mind-storms)套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一

樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，使機(jī)器人開(kāi)始走入個(gè)人世界。

3

1999年日本索尼公司推出犬型機(jī)器人愛(ài)寶(AIBO),當(dāng)即銷(xiāo)售一空，從此娛樂(lè)機(jī)器人成

為目前機(jī)器人邁進(jìn)普通家庭的途徑之一。

2002年丹麥iRobot公司推出了吸塵器機(jī)器人Roomba,它能避開(kāi)障礙，自動(dòng)設(shè)計(jì)行進(jìn)

路線，還能在電量不足時(shí)，自動(dòng)駛向充電座。Roomba是目前世界上銷(xiāo)量最大、最商業(yè)化

的家用機(jī)器人。

2006年6月，微軟公司推出MicrosoftRoboticsStudio,機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化

的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，比爾?蓋茨預(yù)言，家用機(jī)器人很快將席卷全球。

1.2管道機(jī)器人概述

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，管道作為一種重要的物料輸送手段，其應(yīng)用范圍日益

廣泛，數(shù)量也不斷增多。管道工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多行業(yè)中如石化、天然氣、核工業(yè)、給

排水、管道輸送等行業(yè)起著極其重要的作用。管道在使用過(guò)程中，由于各種外界因素的

影響，會(huì)形成各種各樣的管道故障與管道損傷。如果不及時(shí)對(duì)管道檢測(cè)、維修及清洗就

可能會(huì)產(chǎn)生事故，形成不必要的損失和浪費(fèi)。然而，管道所處的環(huán)境往往是人們不易直

接達(dá)到或不允許人們直接進(jìn)入的，檢修及清洗難度很大。因此最有效的方法之一就是利

用管道機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)的在線檢測(cè)、維修和清洗。

管內(nèi)機(jī)器人是一種可沿管道自動(dòng)行走，攜有一種或多種傳感器件和作業(yè)機(jī)構(gòu)，在遙

控操作或計(jì)算機(jī)控制下能在極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。

1.2.1國(guó)外管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)較長(zhǎng)距離管道的直接檢測(cè)、清理技術(shù)的研究始于本世紀(jì)50年代美、英、法、德、

日等國(guó)，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平的限制，主要成果是無(wú)動(dòng)力的管內(nèi)檢測(cè)清理設(shè)備一PIG,由

于PIG本身沒(méi)有行走能力，其移動(dòng)速度、檢測(cè)區(qū)域均不易控制，所以不能算作管內(nèi)機(jī)器

人。70年代以后，石油、化工、天然氣及核工業(yè)的發(fā)展為管道機(jī)器人的應(yīng)用提供了廣闊

而誘人的前景，而機(jī)器人學(xué)、計(jì)算機(jī)、傳感器等理論和技術(shù)的發(fā)展，也為管內(nèi)和管外自

主移動(dòng)機(jī)器人的研究和應(yīng)用提供了技術(shù)保證。日、美、法、德等國(guó)在此方面作了大量研

究工作，其中日本從事管道機(jī)器人研究的人員最多，成果也最多。

1.2.2國(guó)內(nèi)管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究己有十幾年的歷史，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究

所、上海交通大學(xué)、大慶石油管理局、勝利油田、中原油田等單位都進(jìn)行了這方面的研

究工作。

國(guó)內(nèi)有關(guān)單位也對(duì)“管內(nèi)作業(yè)裝置”等問(wèn)題進(jìn)行了多項(xiàng)內(nèi)容的研究與開(kāi)發(fā)，作出類(lèi)

4

具有一定意義的工作，它們是：

(1)上海交通大學(xué)的“管內(nèi)移動(dòng)裝置行走機(jī)構(gòu)研究”。

(2)中原油田研制的適用于。529mm-0630mm埋地鋼質(zhì)管道的內(nèi)環(huán)焊縫區(qū)域噴涂常

溫固化液態(tài)涂料的補(bǔ)口機(jī)。

(3)大慶油建科研所和吉林省模具廠聯(lián)合研制的小口徑管道(D=l14mm)補(bǔ)口機(jī)。

(4)中科院研發(fā)用于400*400mm和500mm*500mm空調(diào)通風(fēng)管道中的清潔機(jī)器人，具

有在管道中行走、對(duì)管道內(nèi)污染情況進(jìn)行觀察和對(duì)污染物進(jìn)行清潔的功能。

經(jīng)過(guò)多年的研究與開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域取得了大量的成果，但

是，距大規(guī)模實(shí)用化還用一定的差距。

總體看來(lái)，我國(guó)管內(nèi)機(jī)器人的研制和應(yīng)用己經(jīng)有了一定了基礎(chǔ)，但仍處于起步階段。

1.3管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)概述

管道機(jī)器人是一種可沿管道自動(dòng)行走，攜有一種或多種傳感器件和作業(yè)機(jī)構(gòu)，在遙

控操作或計(jì)算機(jī)控制下在極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。目

前國(guó)內(nèi)外關(guān)于管道機(jī)器人的研究很多，大多是管道監(jiān)測(cè)維修，適應(yīng)于。200mm以下、

04OO-6OOmm以及微型管道等管徑。關(guān)于管道清潔機(jī)器人，中科院研發(fā)了用于。400mm和

0500mm的空調(diào)通風(fēng)管道中的清潔機(jī)器人。而本文根據(jù)金屬冶煉廠煙氣管道內(nèi)特殊環(huán)境

和清灰技術(shù)要求開(kāi)發(fā)了一種適應(yīng)于金屬冶煉廠。0700-。1000mm的煙氣輸送管道煙灰堆

積層清理的管道清灰機(jī)器人。

管道清灰機(jī)器人工作要求及性能指標(biāo)：

1)管道分為水平、小于30度傾斜、3.4倍管道直徑彎曲三種形式，要求能行走自如;

2)機(jī)器人必須小巧、靈活、拆卸方便，可自由通過(guò)。600入口；

3)自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)能力高，每小時(shí)清理能力應(yīng)在50米左右；

4)機(jī)器人應(yīng)有管道監(jiān)視系統(tǒng)；

5)可附加焊縫檢測(cè)、壁厚檢測(cè)模塊；

6)煙灰密度3.5g/cm3o

1.3.1管道清灰機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式

由于管道清灰機(jī)器人工作空間狹窄，專(zhuān)用機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上必須小巧、靈活、拆裝方

便，所以機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上要注重運(yùn)動(dòng)傳遞部件、運(yùn)動(dòng)定位導(dǎo)向部件和運(yùn)動(dòng)部件殼體的一

體化設(shè)計(jì)。管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)由移動(dòng)裝置和操作臂組成。管道機(jī)器人經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，

可認(rèn)為是以機(jī)械手安裝在移動(dòng)裝置上。機(jī)械手具有兩個(gè)自由度，手抓末端安裝著末端操

5

作器一鏟斗，可實(shí)現(xiàn)抬升和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)液壓驅(qū)動(dòng)具有以下特點(diǎn)，機(jī)械手采用液

壓式驅(qū)動(dòng)方式。

①驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩大，即功率重量比大，響應(yīng)速度快，重復(fù)精度高，壓力可達(dá)

20-3OMpa（機(jī)器人多用0.6-0.7Mpa）。

②液壓缸可直接用作機(jī)器人關(guān)節(jié)的一部分，實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。

③速度調(diào)節(jié)方便易控，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的無(wú)極調(diào)速和換向。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

④液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自我潤(rùn)滑，過(guò)載保護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。

1.3.2管道清灰機(jī)器人操作臂設(shè)計(jì)要求

管道清灰機(jī)器人完成在管道內(nèi)對(duì)砂狀沉積物的鏟掘、清理，對(duì)物料進(jìn)行裝、運(yùn)、卸

及牽引作業(yè)。該機(jī)器人的鏟掘作業(yè)和裝卸物料的作業(yè)都是通過(guò)操作臂來(lái)完成的，因此操

作臂的設(shè)計(jì)要達(dá)到下列要求：

i.應(yīng)使鏟斗在地面的鏟掘位置能產(chǎn)生較大的鏟起力；

ii.應(yīng)保證鏟斗從運(yùn)輸位置舉升到最高位置的過(guò)程中，其轉(zhuǎn)角差不得超出一定范

圍，以免在鏟斗舉升過(guò)程中物料撒落；

iii.應(yīng)使鏟斗在動(dòng)臂舉升過(guò)程中的各個(gè)位置，其卸載角不小于一定值，以保證卸

料干凈；

iv.操作臂在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)滿足傳動(dòng)角的要求，保證運(yùn)動(dòng)輕巧，不得出現(xiàn)死

點(diǎn)；操作臂各構(gòu)件之間不允許發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。

1.3.3管道清灰機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)管道清灰機(jī)器人的工作環(huán)境，主要是其工作場(chǎng)地松軟，同時(shí)由于履帶式行走機(jī)

構(gòu)有以下特點(diǎn)優(yōu)于輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)器人移動(dòng)裝置采用履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。

履帶式行走裝置與輪式相比較的特點(diǎn)：

①支承面積大，接地比壓小。適合于松軟和泥濘場(chǎng)地作業(yè)，下陷度小，滾動(dòng)阻力小，

通過(guò)性能較好。

②越野性能好，爬坡、越溝性能均比輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)越。

③履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發(fā)揮較大的牽引力。

同時(shí)也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減振功能差，零件易損壞等不足。

行走機(jī)構(gòu)由三個(gè)呈120。的履帶輪組成，與管壁底部接觸的兩個(gè)呈120。的履帶為固

定履帶，上面與管壁頂部接觸的履帶為可伸縮式的，采用凸輪機(jī)構(gòu)，由一壓力傳感器控

制履帶的伸縮運(yùn)動(dòng)，來(lái)保證三個(gè)履帶全部接觸到管壁，增加管道機(jī)器人在不同管徑管道

內(nèi)行走的穩(wěn)定性。機(jī)器人工作時(shí)，隨著履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)，該機(jī)器人機(jī)械手上的鏟

6

斗向前移動(dòng)，將沉積在底部的灰鏟在鏟斗內(nèi)，鏟斗內(nèi)的灰達(dá)到最大限度時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)

到出灰口將灰倒出。采用這種移動(dòng)裝置可使機(jī)器人在管道內(nèi)的砂狀灰上行走時(shí)增加穩(wěn)定

性和附著力，防止機(jī)器人陷在灰內(nèi)或打滑無(wú)法前進(jìn)。移動(dòng)裝置采用電力驅(qū)動(dòng)方式。其體

積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，運(yùn)動(dòng)滿足要求。

1.3.4管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)組成

7

2.管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和三維模型的建立

對(duì)于機(jī)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)模型的建立，采用代表目前機(jī)械CAD領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化設(shè)

計(jì)軟件Pro/Engineer來(lái)完成。

2.1Pro/Engineer軟件的介紹

Pro/E是美國(guó)PTC(ParametricTechnologyCorporation)公司于1988年開(kāi)發(fā)的參

數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件［f})(gl。參數(shù)式設(shè)計(jì)就是將零

件尺寸的設(shè)計(jì)用參數(shù)來(lái)描述，并在設(shè)計(jì)修改時(shí)通過(guò)修改參數(shù)的數(shù)值來(lái)更改零件的外形。

Pro/E仍以單一數(shù)據(jù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)性以及工程數(shù)據(jù)再利用等特點(diǎn)改

變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念，成為目前機(jī)械CAD領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。Pro/Engineer與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)

僅提供繪圖工具有著極大的不同，它提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設(shè)

計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、板金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管

理，甚至包括產(chǎn)品生命周期的管理，它使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率大大提高，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初期

具有更多的靈活性，保證在日后根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行相應(yīng)的更改和計(jì)算；另外在產(chǎn)品的設(shè)

計(jì)方案階段，可以形象的表現(xiàn)系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，而在產(chǎn)品的生產(chǎn)階段可以方便與加工中

心數(shù)據(jù)連接。

2.1.1Pro/E的系統(tǒng)特征

1.參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能

Pro/E采用參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，可采用具有智能特性的功能

去生成模型，如軸、孔、槽、殼、管道、倒角及圓角，可以隨意勾畫(huà)草圖和改變模型。

2.單一數(shù)據(jù)庫(kù)

Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立

在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)

立用戶(hù)在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的

任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳

圖有改變，NC(數(shù)控)工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新;組裝圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在

整個(gè)三維模型上。

3.行為建模功能

行為建模技術(shù)功能主要體現(xiàn)在智能模型和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

智能模型表現(xiàn)為捕捉設(shè)計(jì)和過(guò)程信息以及定義產(chǎn)品所需要的各種工程規(guī)范。

作為一種智能設(shè)計(jì)，它提供了一組遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)核心幾何特征范圍的自適應(yīng)過(guò)程特征，

8

這種特征提供了大量信息，進(jìn)一步詳細(xì)確定了設(shè)計(jì)意圖，是生產(chǎn)模型的一個(gè)完整的部分，

它們使得智能模型具有高度靈活性，從而對(duì)環(huán)境的變化反應(yīng)迅速。目標(biāo)驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)表現(xiàn)

為優(yōu)化每個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，以滿足使用自適應(yīng)過(guò)程特征從智能模型中捕捉多個(gè)目標(biāo)和不斷

變化的要求，同時(shí)解決相互沖突的目標(biāo)問(wèn)題。規(guī)范是智能模型中固有的，一旦模型被修

改，就能重新生成和重新校驗(yàn)是否符合規(guī)范，即用規(guī)范來(lái)實(shí)際地驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

4.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

Pro/Engineer2000i以后版本包含了在整個(gè)裝配過(guò)程中評(píng)估行為的功能。在裝配零

件時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以快速簡(jiǎn)單地把連接類(lèi)型應(yīng)用于零件，然后評(píng)估真實(shí)的產(chǎn)品將如何動(dòng)

作。可以定義己知運(yùn)動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)副，為實(shí)體模型增加智能成分。機(jī)構(gòu)裝配完成后，

可以對(duì)整個(gè)裝配進(jìn)行工程分析。

2.1.2Pro/Engineer主要模塊介紹

一、Pro/Engineer

Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化

功能定義、實(shí)體零件及組裝造型、三維上色、實(shí)體或線框造型、工程圖產(chǎn)生及不同視圖

（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer功能如下：

1.特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；

2.參數(shù)化（參數(shù)二尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；

3.通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)

進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM

的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。

5.貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方

變動(dòng)）。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展Pro/ENGINEER的基本功能。

二、Pro/SURFACE

Pro/SURFACE是一個(gè)選項(xiàng)模塊，它擴(kuò)展了Pro/ENGINEER的生成、輸入和編輯復(fù)雜曲

面和曲線的功能。Pro/SURFACE提供了一系列必要的工具，使得設(shè)計(jì)者很容易地生成用

于飛機(jī)和汽車(chē)的曲線和曲面，船殼設(shè)計(jì)以及通常所碰到的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。功能包括：

1.生成曲線及曲線種類(lèi)；

2.編輯曲線；

3.生成曲面及曲面種類(lèi)；

4.編輯曲面。

9

三、Pro/ASSEMBLY

Pro/ASSEMBLY是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶(hù)自定義手段去生成一組組裝

系列并可自動(dòng)地更換零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)模塊，只能

在Pro/Engineer環(huán)境下運(yùn)行，它具有如下功能：

1.在組合件內(nèi)自動(dòng)替換零件(交替式)

2.規(guī)則排列的組合(支持組合件子集)

3.組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)己存在的零件來(lái)產(chǎn)生一個(gè)新的零件)

4.Pro/ASSEMBLY里有一個(gè)Pro/Program模塊，.它提供一個(gè)開(kāi)發(fā)工具。使用戶(hù)能自

行編寫(xiě)參數(shù)化零件及組裝的自動(dòng)化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶(hù)也可產(chǎn)生自定義

設(shè)計(jì)，只需要輸入一些簡(jiǎn)單的參數(shù)即可。

5.組件特征(繪零件與組件組成的組件附加特征值。如:在兩種零件之間加一個(gè)焊接

特征等)。

四、Pro/MANUFACTURING

Pro/MANUFACTURING將產(chǎn)生生產(chǎn)過(guò)程規(guī)劃，刀路軌跡并能根據(jù)用戶(hù)需要產(chǎn)生的生產(chǎn)

規(guī)劃做出時(shí)間上及價(jià)格成本上的估計(jì)。Pro/MANUFACTURING將生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

造型連接起來(lái)，所以任何在設(shè)計(jì)上的改變，軟件也能自動(dòng)地將己做過(guò)的生產(chǎn)上的程序和

資料也自動(dòng)地重新產(chǎn)生過(guò)，而無(wú)需用戶(hù)自行修改。它將具備完整關(guān)聯(lián)性的Pro/ENGINEER

產(chǎn)品線延伸至加工制造的工作環(huán)境里。它容許用戶(hù)采用參數(shù)化的方法去定義數(shù)值控制

((NC)工具路徑，才可將Pro/ENGINEER生成的模型進(jìn)行加工。這些信息接著作后期處理,

產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)NC器件所需的編碼。

Pro/MANUFACTURING為下列機(jī)器操作產(chǎn)生自動(dòng)化的工具路徑：

1.銃削加工(Miffing)

2.車(chē)削加工(Turning)

3.線體電子釋放機(jī)械技術(shù)

4.鉆床加工床rittOg)

五、Pro/NC-CHECK

1.Pro/NC-CHECK提供圖形工具。用以對(duì)銃削加工及鉆床加工操作所產(chǎn)生的物料，

作模擬清除。Pro/NC-CHECK內(nèi)選定的工具。會(huì)依照Pro/MANUFACTURING定義的切割路徑

移動(dòng)，用戶(hù)亦可以清楚看到物料清除的進(jìn)度。加工制造組件以陰影顯示，組裝線上各個(gè)

組件可以由用戶(hù)設(shè)定不同的顏色。它亦讓用戶(hù)可以在整個(gè)加工制造過(guò)程，定義夾層平面

(ClippingPlane)特定的深度。夾層平面(ClippingPlane)對(duì)物料清除摸擬過(guò)程提供縱

10

切面的閱視功能。再加上顏色的設(shè)定，選定工具路徑、內(nèi)置參考模型、工具及任何夾具

（Fixture）均能二目了然，不生混淆。此外，Pro/NC-CHECK能讓用戶(hù)對(duì)工具及夾具任

ixture）進(jìn)行快速驗(yàn)證及評(píng)估，從而防止嚴(yán)重的損失。

2.Pro/NC-CHECK與Pro/MANUFACTURING一并使用時(shí)，用戶(hù)可用以仔細(xì)檢定切割零

件的每一部份，節(jié)省了用戶(hù)不必要地在機(jī)器上試用及操作的時(shí)間。因此，將這些產(chǎn)品合

并使用，不僅體現(xiàn)了材料節(jié)省的好處，亦提供了一個(gè)加工制造的良好方案。

2.2管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)三維模型的建立

管道清灰機(jī)器人由移動(dòng)裝置和操作臂組成，移動(dòng)裝置為履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，可在松軟

的砂狀灰上走動(dòng)。操作臂主要由鏟斗、大臂、搖臂、拉桿、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等組成。

鏟斗來(lái)鏟裝灰物，動(dòng)臂和舉升油缸用來(lái)提升鏟斗，轉(zhuǎn)斗油缸通過(guò)搖臂、拉桿使鏟斗轉(zhuǎn)動(dòng)。

操作臂具有2個(gè)自由度，可實(shí)現(xiàn)臂旋轉(zhuǎn)、抬高運(yùn)動(dòng)。操作臂如圖2T所示。該機(jī)器人主

要完成對(duì)°700-1000mm管道內(nèi)砂狀沉積物的清理。機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)由三個(gè)呈口。"的履

帶輪組成，與管壁底部接觸的兩個(gè)呈120°的履帶為固定履帶，上面與管壁頂部接觸的履

帶為可伸縮式的，履帶支撐用彈簧裝置（如圖所示）保證三個(gè)履帶全部接觸到管壁，增

加管道機(jī)器人在不同管徑管道內(nèi)行走的穩(wěn)定性。

頂部支撐裝置剖視圖：

11

操作臂結(jié)構(gòu)如圖所示:

其它主要零部件:

鏟斗：

傳動(dòng)裝置:

12

大臂:

13

彈簧:

14

履帶:

輪:

15

螺母:

箱體:

16

液壓裝置L

液壓裝置2：

17

頂起軸:

19

深溝球軸承(GB/T276-1994)mm：

基本基本

基本尺寸/mm安裝尺寸/mm額動(dòng)額定

動(dòng)載動(dòng)載極限轉(zhuǎn)速/

原軸

軸承荷荷(r/min)

承代

代號(hào)

號(hào)

dDBdacCo,.

rsD“ras

脂潤(rùn)油潤(rùn)

/kN

滑滑

621470125241.5791161.560.845.048006000214

20

軸承端蓋:

21

換向裝置:

22

3.管道清灰機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是研究機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的兒何關(guān)系、速度、加速度等。管道清灰機(jī)器

人是由操作臂和移動(dòng)裝置組成。操作臂簡(jiǎn)化后為一平面閉環(huán)連桿機(jī)構(gòu)，其上的末端操作

器一鏟斗的運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)該機(jī)器人的位姿（位置和姿勢(shì)）分析可簡(jiǎn)化為平面

位姿分析。操作臂安裝在移動(dòng)裝置上，在分析管道機(jī)器人的位置時(shí)，將移動(dòng)裝置設(shè)為一

動(dòng)坐標(biāo)系，首先分析操作臂相對(duì)于移動(dòng)裝置的位置和姿勢(shì)，然后分析機(jī)械手連同移動(dòng)裝

置在定坐標(biāo)系中的位置、速度、加速度，可得到機(jī)器人的位置和姿勢(shì)。

3.1機(jī)器人操作臂類(lèi)型選擇

該機(jī)器人操作臂簡(jiǎn)化后為一平面機(jī)構(gòu)。按桿數(shù)劃分的連桿機(jī)構(gòu)中，四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單，但因動(dòng)臂前端須裝有自重較大的框架，減少了鏟斗的載重量，且影響攝像機(jī)的視

線；八連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟起力變化平緩；六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，容易布置，一般

能較好地滿足作業(yè)要求，因此在這里鏟斗抬起運(yùn)動(dòng)采用六桿機(jī)構(gòu)。按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可將

操作臂運(yùn)動(dòng)裝置分為正轉(zhuǎn)連桿和反轉(zhuǎn)連桿。正轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)件與從動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)向相

同，如圖3T所示;反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)構(gòu)件與從動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反，如圖3-2所示。

圖3-1正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

23

圖3-2反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

1）正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn):如圖3-3所示

①發(fā)出最大鏟起力在a<0時(shí)，如圖所示，即鏟斗有利于地面挖掘；

②在鏟斗卸料時(shí)，角速度較大，易于抖落物料，但沖擊較大；

③作業(yè)過(guò)程中各構(gòu)件不易發(fā)生干涉，工作裝置易于布置在同一平面內(nèi)，使桿

件支撐和受力好。

2）反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)：

①發(fā)出最大鏟起力是在。>0時(shí)，且鏟起力變化陡峭如圖3-3所示，因此在提

升鏟斗時(shí)鏟起力較大，適于裝載重物；

②鏟斗卸料時(shí)，角速度小，卸料平緩；

③升降動(dòng)臂時(shí)較易保證鏟斗平移。

24

圖3-3鏟起力變化圖

由以上分析可以看出：正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能滿足管道清灰機(jī)器人設(shè)計(jì)要

求，即正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有利于地面挖掘，適合機(jī)器人有較大的鏟灰力，工作裝置易于布置在同

一平面，有利于增加機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，因此將管道清灰機(jī)器人操作臂工作裝置設(shè)計(jì)為

正轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)。

3.2鏟斗轉(zhuǎn)角差及卸載角分析

當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)角時(shí)有較大的鏟起力，如圖3-3左所示。機(jī)器人鏟起灰物后舉升到運(yùn)輸過(guò)

程中，保證物料不撒落，主要取決于鏟斗的形狀，其鏟斗提升狀態(tài)如圖3-3中所示，鏟

斗內(nèi)灰物的重心通過(guò)鏟斗底部中心線時(shí)，此時(shí)鏟斗不易撒落物料。鏟斗在動(dòng)臂舉升過(guò)程

中的最高位置時(shí)，其最大卸載角狀態(tài)如圖3-3右所示，也就是當(dāng)搖臂和旋轉(zhuǎn)臂處于同一

直線時(shí)，鏟斗傾倒可達(dá)到最大的卸載角，同時(shí)與舉升油缸的位置也有關(guān)，油缸與管道水

平方向夾角越小，鏟斗卸載角也越大，但需保證鏟斗不能碰到管壁，方可保證卸料干凈。

25

3.3機(jī)器人操作臂自由度

機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件組合起來(lái)，且各構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)鏈。

在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析時(shí)，首先要確定所給定的機(jī)構(gòu)的自由度。當(dāng)自由度等于主動(dòng)件數(shù)時(shí),

機(jī)構(gòu)具有確定的自由度。該機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。

圖3-4機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

根據(jù)切貝謝夫一克魯伯規(guī)律，該機(jī)構(gòu)的自由度為

歹=3%—2尸,一寫(xiě)=3x8—2x11=2

其中F:活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（不包括機(jī)架）

P,:低副個(gè)數(shù)

與：高副個(gè)數(shù)

機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)，其自由度必須等于原動(dòng)件數(shù)。因此機(jī)器人操作臂具有兩個(gè)原動(dòng)

件，一個(gè)為舉升液壓缸，另一個(gè)為旋轉(zhuǎn)液壓缸。

3.4操作臂死點(diǎn)分析

管道清灰機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5所示。已知各桿長(zhǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸伸縮量為一

定值時(shí)，舉升油缸伸縮時(shí)，大臂為主動(dòng)桿，分析此時(shí)六連桿的運(yùn)動(dòng)特性。設(shè)KA為x軸,

由K指向A為正向，將矢量閉鏈AKFBA和閉鏈AKEDCBA向x、y軸投影，得：

26

KFcos+BFcosS2+BAcos-AK=0

KFsin。+BFsinS2+BAsine=0

KEcos(°+%)+￡>￡)cos&+DCcos85+CBcos(^2-a2)+BAcos33-AB=0

KEsin(^+cr,)+EDsin34+DCsin用+CBsin((52一%)+BAsinJ3-AB=0

其中輸入角力為一級(jí)坐標(biāo)，&、名、①、4為二級(jí)坐標(biāo),由上式可求得矩陣表達(dá)式:

尸當(dāng)7

8sin2BAsind>300KTsin。

BFcos5BAcos3、00KFcos

2a。

代①°

C8sin(&-%)BAsinEDsinDCsin①KEsing+aJ

BAcos8EOcos“DCcos#5KEcos(°+a[)

CBcosq—%)ya

用同表示與速度矩陣相對(duì)應(yīng)的系數(shù)行列式,其值為：

5尸sin當(dāng)BAsin&00

BFcos62BAcos&00

CBsin(J2-a2)BAsin名EOsin，DCsin烝

心

CBcos(^2-%)BAcosEDcos^4DCcos3$

BF?BAsin?-&)sin@-￡)=BF?BAsin%sin/2

其中%、力分別為閉鏈AKFBA和閉鏈AKEDCBA的傳動(dòng)角。

若速度方程有解，剛|川工0;若速度方程無(wú)解，剛國(guó)=0,即Sin@—2）或

sin（e-R）,也就是&=心或￡=n，險(xiǎn)=0,兩閉鏈的傳動(dòng)角分別為零。該位置正是

六桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)，如圖所示。由于轉(zhuǎn)斗油缸和舉升油缸不能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不存在當(dāng)

&-&=180°,或“-&=180°時(shí)的死點(diǎn)位