解析法作速度加速度分析
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(完整版)机械原理笔记第⼀章平⾯机构的结构分析1.1 研究机构的⽬的⽬的:1、探讨机构运动的可能性及具有确定运动的条件2、对机构进⾏运动分析和动⼒分析3、正确绘制机构运动简图1.2 运动副、运动链和机构1、运动副:两构件直接接触形成的可动联接(参与接触⽽构成运动副的点、线、⾯称为运动副元素)低副:⾯接触的运动副(转动副、移动副),⾼副:点接触或线接触的运动副注:低副具有两个约束,⾼副具有⼀个约束2、⾃由度:构件具有的独⽴运动的数⽬(或确定构件位置的独⽴参变量的数⽬)3、运动链:两个以上的构件以运动副联接⽽成的系统。
其中闭链:每个构件⾄少包含两个运动副元素,因⽽够成封闭系统;开链:有的构件只包含⼀个运动副元素。
4、机构:若运动链中出现机架的构件。
机构包括原动件、从动件、机架。
1.3 平⾯机构运动简图1、机构运动简图:⽤简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副并按⼀定的⽐例表⽰各运动副的相对位置。
机构⽰意图:不按精确⽐例绘制。
2、绘图步骤:判断运动副类型,确定位置;合理选择视图,定⽐例µl;绘图(机架、主动件、从动件)1.4 平⾯机构的⾃由度1、机构的⾃由度:机构中各活动构件相对于机架的所能有的独⽴运动的数⽬。
F=3n - 2p L - p H(n指机构中活动构件的数⽬,p L指机构中低副的数⽬,p H指机构中⾼副的数⽬)⾃由度、原动件数⽬与机构运动特性的关系:1):F≤0时,机构蜕化成刚性桁架,构件间不可能产⽣相对运动2):F > 0时,原动件数等于F时,机构具有确定的运动; 原动件数⼩于机构⾃由度时,机构运动不确定; 原动件数⼤于机构⾃由度,机构遭到破坏。
2、计算⾃由度时注意的情况1)复合铰链:m个构件汇成的复合铰链包含m-1个转动副(必须是转动副,不能多个构件汇交在⼀起就构成复合铰链,注意滑块和盘类构件齿轮容易漏掉,另外机架也是构件。
2) 局部⾃由度:指某些构件(如滚⼦)所产⽣的不影响整个机构运动的局部运动的⾃由度。
机械臂的运动学与逆运动学分析机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的自动化机器人。
它广泛应用于工业领域,用于完成各种复杂的操作任务。
机械臂的运动控制是实现其功能的关键,其中运动学和逆运动学分析是研究机械臂运动的基础。
一、机械臂的运动学分析运动学分析主要关注机械臂的位置、速度和加速度等运动参数的计算。
机械臂主要由关节连接的刚性杆件组成,每个关节可以沿特定方向进行旋转或平移运动。
在机械臂运动学中,我们关注的是机械臂末端执行器的位置和姿态。
1. 正运动学分析正运动学分析指的是根据机械臂各关节的运动参数,计算机械臂末端执行器的位置和姿态。
通常,我们采用坐标变换矩阵的方法来进行计算。
通过将各个关节的运动连续相乘,可以得到机械臂末端执行器相对于机械臂基座标系的位姿矩阵。
以一个3自由度的机械臂为例,设第一关节绕Z轴旋转角度为θ1,第二关节绕Y轴旋转角度为θ2,第三关节绕X轴旋转角度为θ3。
则机械臂末端执行器相对于基座标系的位姿矩阵可以表示为:[cos(θ2+θ3) -sin(θ2+θ3) 0 a1*cos(θ1)+a2*cos(θ1+θ2)+a3*cos(θ1+θ2+θ3)][sin(θ2+θ3) cos(θ2+θ3) 0 a1*sin(θ1)+a2*sin(θ1+θ2)+a3*sin(θ1+θ2+θ3)][0 0 1 d1+d2+d3][0 0 0 1]其中,a1、a2、a3和d1、d2、d3分别为机械臂的长度和位移参数。
通过这个矩阵,我们可以得到机械臂末端执行器的位置和姿态。
2. 速度和加速度分析除了机械臂末端执行器的位置和姿态,机械臂的速度和加速度也是非常重要的运动参数。
通过对机械臂运动学模型的导数运算,我们可以得到机械臂的速度和加速度表达式。
机械臂的速度可以表示为:v = J(q) * q_dot其中,v为机械臂末端执行器的速度向量,J(q)为机械臂的雅可比矩阵,q为机械臂各关节的角度向量,q_dot为各关节的角速度向量。
解析法作速度加速度分析解析法(analytical method)是一种用数学工具对物体的速度和加速度进行分析的方法。
它基于牛顿力学和微积分的原理,在数学上对物体的运动进行建模和计算。
解析法可以帮助我们深入了解物体的运动特性,并为工程和科学应用提供定量的分析和预测。
首先,我们需要了解解析法中使用的一些基本概念和公式。
根据牛顿第二定律,物体的加速度与作用在物体上的力以及物体的质量成正比。
这可以用以下公式表示:F = ma其中,F是作用在物体上的力,m是物体的质量,a是物体的加速度。
速度(v)是物体在单位时间内移动的距离,可以用以下公式表示:v = ds/dt其中,ds是位移的微小变化量,dt是时间的微小变化量。
位移(s)是物体从一个位置到另一个位置的距离。
加速度(a)是物体速度的变化率,可以用以下公式表示:a = dv/dt其中,dv是速度的微小变化量,dt是时间的微小变化量。
有了以上的基本概念和公式,我们可以开始应用解析法来对物体的速度和加速度进行分析。
解析法主要包括以下几个步骤:1.建立坐标系:选择一个适当的坐标系来描述物体的运动。
通常情况下,我们可以选择直角坐标系,其中x轴和y轴与物体的运动方向垂直。
2.确定力的方向和大小:根据物体的受力情况,确定作用在物体上的力的方向和大小。
可以根据物体所处的具体情境,如重力、摩擦力等来确定。
3.列出力的方程:利用牛顿第二定律,将力与加速度之间的关系表示为一个方程。
代入已知的力和物体的质量,求解出加速度。
4.求解速度:利用速度公式,将加速度与时间的关系表示为一个微分方程。
根据已知的初始条件,求解出速度关于时间的表达式。
5.求解位移:利用速度公式,将速度与时间的关系表示为一个微分方程。
根据已知的初始条件,求解出位移关于时间的表达式。
通过以上步骤,我们可以得到关于物体的速度和位移关于时间的表达式,从而对物体的运动进行定量的分析。
此外,解析法还可以用于计算物体在不同位置的加速度,以及求解物体的运动特性,如最大速度、最大加速度等。
连杆机构的位置分析序言:一旦一个实验性的机构合成以后就能够被分析。
确信那个机构中所有运动部件的加速度是运动学分析的原那么性目标。
依照牛顿第二定律动力和加速度成正比。
为了计算各组成部件的压力咱们第一要明白其受力。
设计师们要确保他们所设计的机械装置或机械在它的工作条件下能正常运转不发生故障,因此材料中的压力必然要维持在其许诺压力以下。
咱们只有明白机构所受的静态力和动态力才能计算其所受压力。
只有先得出加速度才能计算静态力。
为了计算加速度,咱们必需先确信对应每一个输入量所有部件在机构中的位置增量,然后依照与其对应的时刻增量计算速度,最后取得计算加速度的数学表达式。
例如在一个简单的四杆机构中咱们可能要计算输入件曲柄每转动2度输出件(连杆或摇杆)对应的位移,速度,加速度。
上面所说的问题有几种解决方式。
咱们能用图解法确信输出件在180个相关位置的位移,速度,加速度,或咱们能得出对每一个位置都适用的位移,速度,加速度的运动方程式,通过解这些解析表达式取得所有位置的位移,速度,加速度。
运算性能够使这些后期工作变的简单快捷。
由于由图解法取得的前一个位置的位移等所有信息不适用与第二个或任何其他一个位置,咱们需要对每一个相关位置做独立的图解分析若是咱们选择图解法来分析那个问题。
相较之下,一个机构只要用解析法分析,它的所有位置的位移,速度,加速度都能专门快取得(在运算机的帮忙下)。
若是你想取得多于180个位置的信息只意味着你要多稍等片刻以便运算机产生数据,你能一边喝咖啡一边等。
在那个地址咱们将介绍用解析法分析几种不同机构的位移问题,同时也将讨论对咱们判定解析法取得的结果是不是正确有效的图解法。
让咱们感到有趣的是用图解法解决位移问题超级琐碎,而代数法却又复杂的多。
按比例将连杆机构画下来就能够用图解法解决位移问题。
这只要你用量角器在按比例画好的图上测量连杆的角度。
可是速度和加速度的分析正好相反,专门是加速度的分析。
用解析法分析速度,加速度比分析位移要简单的多。