基本信息
- 項目名稱：
- 用于皮影的懸索驅動機構設計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目將懸索驅動機構應用于皮影藝術，對于某個皮影人的運動動作進行分解，構建其理論數(shù)學模型，進而通過一定的控制方法實現(xiàn)皮影人的連續(xù)控制。一個皮影人的四肢共有4根竹棍操縱，為了實現(xiàn)該過程的自動化，需要4個驅動電機驅動懸索，并通過一臺總控機對4個驅動分支進行協(xié)調控制。
- 詳細介紹：
- 用于皮影人的索驅動機構控制系統(tǒng)，其控制策略是通過主機中的運動控制卡實現(xiàn)四個驅動回路的協(xié)調控制，其中包含四大模塊： 其一，主控機模塊，主要由基于VC軟件的控制界面、時序控制和與動作協(xié)調的音樂所組成?？刂平缑嫱瓿上到y(tǒng)的回原點、啟動、停止等控制操作的人/機交互；時序控制完成四肢隨音樂的協(xié)調運行；而音樂則是實現(xiàn)索驅動機構藝術化的重要藝術手段。 其二，索驅動系統(tǒng)的硬件模塊，主要由運動控制卡和四肢的并行驅動系統(tǒng)所組成。主控機依據(jù)控制要求發(fā)出控制信號通過運動控制卡向四路電機驅動系統(tǒng)發(fā)送脈沖信號，實現(xiàn)電機的加速、減速、正轉、反轉等運行操作，電機運行過程中將通過收放索部分實現(xiàn)四肢的協(xié)調運動。 其三，機械裝置模塊，鑒于索驅動機構的控制對象輕質、控制電機旋轉軸細，收放索機構部分采用橡膠材料，同時通過擰緊滾索軸的徑向小螺釘實現(xiàn)電機軸和滾索筒內圈的結合，這樣一方面不會增加電機的負荷，另一方面也使?jié)L索機構小巧而靈活。 其四，外圍裝飾模塊，主要包含背景、燈和皮影人的藝術化效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計及發(fā)明的目的：將懸索驅動機構應用于皮影藝術，實現(xiàn)計算機與傳統(tǒng)藝術的完美結合，是對傳統(tǒng)藝術表現(xiàn)形式的大膽創(chuàng)新。 基本思路：一個皮影人的四肢共有4根竹棍操縱，為了實現(xiàn)該過程的自動化，需要4個驅動電機驅動懸索，并通過一臺總控機對4個驅動分支進行協(xié)調控制。以下分機械實現(xiàn)部分和控制部分分別詳述整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。 創(chuàng)新點：1、索驅動機構實現(xiàn)皮影藝術的自動化；2、通過一系列理論和實驗研究為開發(fā)索驅動機構的新產品提供理論依據(jù)和驗證手段，從而推動并聯(lián)機構向多種驅動方式發(fā)展，也為進一步應用于制造加工、繪圖和雕刻等工程、藝術領域奠定理論和實驗基礎。 技術關鍵和主要技術指標：對于某個皮影人的運動動作進行分解，構建其運動控制模型，進而通過并行控制方法實現(xiàn)皮影人的連續(xù)控制。
科學性、先進性
- 本項目的科學性先進性在于： 1. 探索性地提出了一種用于皮影的自動化操縱機構的機械結構和控制系統(tǒng)設計，是對傳統(tǒng)藝術手段的革新。 2．將新型并聯(lián)機構與計算機控制技術相結合，對計算機藝術手段進行了大膽嘗試。 3. 通過一系列理論和實驗研究為開發(fā)索驅動機構的新產品提供理論依據(jù)和驗證手段，從而推動并聯(lián)機構向多種驅動方式發(fā)展，也為進一步應用于制造加工、繪圖和雕刻等工程、藝術領域奠定理論和實驗基礎。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 完成
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物模型、現(xiàn)場演示、磁盤等
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 圍繞著索驅動機構在傳統(tǒng)皮影藝術的應用做探索性研究工作，旨在為皮影藝術的自動化操縱做實驗性的分析研究。 該機構擬完成的機械平臺、控制系統(tǒng)設計等可以為該機構進一步推廣應用于多自由度機器人的操作臂、輕載機床、繪圖和雕刻機等工程、藝術領域，應用前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 柔索驅動并聯(lián)機構用懸索取代剛性桿作為驅動臂，因此可將驅動電機放置在基座上，能有效地減輕機器人的自重，從而克服了傳統(tǒng)剛性連桿機器人帶載能力弱的缺點，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，其廣泛應用于港口貨物裝卸、橋梁維護、風洞試驗、醫(yī)療機械、太空探索、仿生學等領域。 構型與機構性能分析 構型設計即型綜合問題是并聯(lián)機器人理論研究和應用的基礎性工作，它包括機構的自由度、構件數(shù)目、運動副數(shù)目、運動副種類及其組合方式的確定等內容機構性能指標包括：機器人的結構對稱性、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。 運動學分析 機構的運動分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三部分，位置分析是運動分析的最基本的任務。機構的運動分析包括兩種問題，即運動分析的正解和運動分析的反解。 動力學分析與控制 動力學分析是進行機器人的運動控制和動態(tài)特性研究的基礎。動力學研究的對象是建立描述并聯(lián)機構動平臺動力學狀況的數(shù)學模型。主要的研究內容包括以下幾個方面：構件慣性力的計算、受力分析、驅動力矩分析、主要運動副約束反力分析、動力學模型的建立、動態(tài)仿真、動態(tài)參數(shù)識別等。動力學分析也包括正、逆兩類問題：①逆動力學(動態(tài)靜力分析)；②正動力學(動力學響應)。由于柔性并聯(lián)機構的復雜性，其動力學分析的難度非常大。 索驅動并聯(lián)機構的研究才剛剛起步，由于系統(tǒng)本身的非線性、復雜性、現(xiàn)有理論方法的局限性和控制系統(tǒng)軟硬件設計的難實現(xiàn)性，對其研究和實際應用還任重道遠。這也是該領域內國內外學者所面臨的重要挑戰(zhàn)。 本項目即是通過索驅動機構并基于一定的控制策略實現(xiàn)皮影人的計算機控制。
