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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 用于皮影的懸索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目將懸索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于皮影藝術(shù)，對(duì)于某個(gè)皮影人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行分解，構(gòu)建其理論數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而通過(guò)一定的控制方法實(shí)現(xiàn)皮影人的連續(xù)控制。一個(gè)皮影人的四肢共有4根竹棍操縱，為了實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的自動(dòng)化，需要4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸索，并通過(guò)一臺(tái)總控機(jī)對(duì)4個(gè)驅(qū)動(dòng)分支進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
- 詳細(xì)介紹：
- 用于皮影人的索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其控制策略是通過(guò)主機(jī)中的運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)四個(gè)驅(qū)動(dòng)回路的協(xié)調(diào)控制，其中包含四大模塊： 其一，主控機(jī)模塊，主要由基于VC軟件的控制界面、時(shí)序控制和與動(dòng)作協(xié)調(diào)的音樂(lè)所組成。控制界面完成系統(tǒng)的回原點(diǎn)、啟動(dòng)、停止等控制操作的人/機(jī)交互；時(shí)序控制完成四肢隨音樂(lè)的協(xié)調(diào)運(yùn)行；而音樂(lè)則是實(shí)現(xiàn)索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)藝術(shù)化的重要藝術(shù)手段。 其二，索驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件模塊，主要由運(yùn)動(dòng)控制卡和四肢的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所組成。主控機(jī)依據(jù)控制要求發(fā)出控制信號(hào)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡向四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等運(yùn)行操作，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中將通過(guò)收放索部分實(shí)現(xiàn)四肢的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 其三，機(jī)械裝置模塊，鑒于索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制對(duì)象輕質(zhì)、控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸細(xì)，收放索機(jī)構(gòu)部分采用橡膠材料，同時(shí)通過(guò)擰緊滾索軸的徑向小螺釘實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸和滾索筒內(nèi)圈的結(jié)合，這樣一方面不會(huì)增加電機(jī)的負(fù)荷，另一方面也使?jié)L索機(jī)構(gòu)小巧而靈活。 其四，外圍裝飾模塊，主要包含背景、燈和皮影人的藝術(shù)化效果。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)及發(fā)明的目的：將懸索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于皮影藝術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)藝術(shù)的完美結(jié)合，是對(duì)傳統(tǒng)藝術(shù)表現(xiàn)形式的大膽創(chuàng)新。 基本思路：一個(gè)皮影人的四肢共有4根竹棍操縱，為了實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的自動(dòng)化，需要4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸索，并通過(guò)一臺(tái)總控機(jī)對(duì)4個(gè)驅(qū)動(dòng)分支進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。以下分機(jī)械實(shí)現(xiàn)部分和控制部分分別詳述整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 創(chuàng)新點(diǎn)：1、索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)皮影藝術(shù)的自動(dòng)化；2、通過(guò)一系列理論和實(shí)驗(yàn)研究為開(kāi)發(fā)索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品提供理論依據(jù)和驗(yàn)證手段，從而推動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)向多種驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展，也為進(jìn)一步應(yīng)用于制造加工、繪圖和雕刻等工程、藝術(shù)領(lǐng)域奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：對(duì)于某個(gè)皮影人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行分解，構(gòu)建其運(yùn)動(dòng)控制模型，進(jìn)而通過(guò)并行控制方法實(shí)現(xiàn)皮影人的連續(xù)控制。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本項(xiàng)目的科學(xué)性先進(jìn)性在于： 1. 探索性地提出了一種用于皮影的自動(dòng)化操縱機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是對(duì)傳統(tǒng)藝術(shù)手段的革新。 2．將新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，對(duì)計(jì)算機(jī)藝術(shù)手段進(jìn)行了大膽嘗試。 3. 通過(guò)一系列理論和實(shí)驗(yàn)研究為開(kāi)發(fā)索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的新產(chǎn)品提供理論依據(jù)和驗(yàn)證手段，從而推動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)向多種驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展，也為進(jìn)一步應(yīng)用于制造加工、繪圖和雕刻等工程、藝術(shù)領(lǐng)域奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 完成
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、磁盤(pán)等
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 圍繞著索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在傳統(tǒng)皮影藝術(shù)的應(yīng)用做探索性研究工作，旨在為皮影藝術(shù)的自動(dòng)化操縱做實(shí)驗(yàn)性的分析研究。 該機(jī)構(gòu)擬完成的機(jī)械平臺(tái)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等可以為該機(jī)構(gòu)進(jìn)一步推廣應(yīng)用于多自由度機(jī)器人的操作臂、輕載機(jī)床、繪圖和雕刻機(jī)等工程、藝術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)用懸索取代剛性桿作為驅(qū)動(dòng)臂，因此可將驅(qū)動(dòng)電機(jī)放置在基座上，能有效地減輕機(jī)器人的自重，從而克服了傳統(tǒng)剛性連桿機(jī)器人帶載能力弱的缺點(diǎn)，由于自重減輕，因此，WDPM具有慣性小、速度快、加速度高、工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用于港口貨物裝卸、橋梁維護(hù)、風(fēng)洞試驗(yàn)、醫(yī)療機(jī)械、太空探索、仿生學(xué)等領(lǐng)域。 構(gòu)型與機(jī)構(gòu)性能分析 構(gòu)型設(shè)計(jì)即型綜合問(wèn)題是并聯(lián)機(jī)器人理論研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作，它包括機(jī)構(gòu)的自由度、構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副種類(lèi)及其組合方式的確定等內(nèi)容機(jī)構(gòu)性能指標(biāo)包括：機(jī)器人的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性、雅可比矩陣的各向同性、速度及承載能力、剛度、精度、奇異位形、冗余度以及工作空間的大小等。 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三部分，位置分析是運(yùn)動(dòng)分析的最基本的任務(wù)。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析包括兩種問(wèn)題，即運(yùn)動(dòng)分析的正解和運(yùn)動(dòng)分析的反解。 動(dòng)力學(xué)分析與控制 動(dòng)力學(xué)分析是進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)特性研究的基礎(chǔ)。動(dòng)力學(xué)研究的對(duì)象是建立描述并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)力學(xué)狀況的數(shù)學(xué)模型。主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：構(gòu)件慣性力的計(jì)算、受力分析、驅(qū)動(dòng)力矩分析、主要運(yùn)動(dòng)副約束反力分析、動(dòng)力學(xué)模型的建立、動(dòng)態(tài)仿真、動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別等。動(dòng)力學(xué)分析也包括正、逆兩類(lèi)問(wèn)題：①逆動(dòng)力學(xué)(動(dòng)態(tài)靜力分析)；②正動(dòng)力學(xué)(動(dòng)力學(xué)響應(yīng))。由于柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，其動(dòng)力學(xué)分析的難度非常大。 索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究才剛剛起步，由于系統(tǒng)本身的非線性、復(fù)雜性、現(xiàn)有理論方法的局限性和控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的難實(shí)現(xiàn)性，對(duì)其研究和實(shí)際應(yīng)用還任重道遠(yuǎn)。這也是該領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)外學(xué)者所面臨的重要挑戰(zhàn)。 本項(xiàng)目即是通過(guò)索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)并基于一定的控制策略實(shí)現(xiàn)皮影人的計(jì)算機(jī)控制。
