| 标题 | 活塞取放机械手结构设计和运动分析 |
| 范文 | 摘 要：本文主要进行了多自由度活塞取放机械手的结构设计和运动分析。结构设计方面：设计了机械手的整体结构；根据设计要求和负载，进行了各部件尺寸计算选型；连接强度校核等。运动分析方面：进行了机械手动作方案设计；分析各关节之间的传动关系，证明了整个运动设计的合理性和可靠性。 关键词：活塞；取放机械手；结构设计；运动分析 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.066 1 活塞取放机械手结构设计 1.1 整体结构设计 所设计的装置为地面固定式多自由度活塞取放机械手，圆柱坐标机械手为地面固定式机械手。由机身、水平伸缩臂和手部结构组成，机身垂直固定在底座上，可上下升降以及绕Z轴摆动，水平手臂固定在垂直机身上，工作区间为一圆柱。该结构形式机械手性能稳定，确保产品质量稳定广泛用于冲床上下料，铸造取放，搬运等常见的工业生产领域。 1.2 机械手的整体构型 活塞取放机械手选用圆柱坐标结构，由机身、水平伸缩臂和手部三大机构组成。机身安装在地面或底座上，由回转缸和升降缸组成，升降缸位于回转缸上方，带动手臂上下运动和绕机身转动。伸缩臂安装在升降平台上方，驱动部件为单活塞双作用液压缸，两侧布有导向装置，推动手部到达指定位置。腕部为一夹紧缸，本文将其放在手部中计算。手部由手爪和固定装置组成，通过夹紧缸驱动，用于夹持工件。 1.3 手臂结构设计 活塞取放机械手臂部采用悬伸梁结构，导向杆采用无缝钢管手臂在升降和回转运动的启动和停止瞬间，运动是变化的。这就要求设计的运动不引起冲击和振动。为达到这一要求，手臂动作应灵活，避免出现因传动件布置不合理导致的“卡死”现象。 伸缩装置采用的是双作用单活塞液压缸，手臂依靠两个对称布置导向杆承受弯曲力，手臂液压缸布置在中间，这样就避免了液压缸因受弯矩作用而运动阻力增大。 伸缩缸和导向杆均安装在支撑座上，导向杆分布在伸缩缸两侧，为防止导向杆在运动的过程中发生弯曲，导向杆在导向管内移动，提高了导向杆的刚性。此外，导向杆带动伸缩杆移动，两者用夹套固定。在运动的过程中，导向杆承受由手臂伸出端重力带来的弯曲作用，这样就使得伸缩缸不承受弯矩，运动平稳。 2 多自由度活塞取放机械手运动分析 2.1 手部机构运动分析 采用solidworks motion進行手部机构运动分析，手部结构左右钳爪对称布置，推杆为驱动杆件，靠夹紧缸驱动，在滑槽中左右运动，只有一个移动自由度；连杆分别与推杆和手指铰接；手指通过回转销安装在固定支座上。 2.2 建立运动学方程 将构件1、2、3用矢量表示，建立直角坐标系，如图1所示。 在矢量多边形OABC中，各矢量之和等于0，得： （1） 分别将OA、AB、BC、CE的长度用表示，设OC与x轴的夹角为。 已知： ，，，，， ，推杆速度。 2.3 运动仿真 （1）点击“结果与图解”按钮，分别选择位移、速度和加速度。以时间为横坐标，E的位移、速度或加速度为纵坐标。选择坐标系的Y轴方向为推杆的轴向，方向与运动方向相反。 （2）生成速度和加速度图解，如图2，图3所示。 2.4 结果分析 （1）从速度曲线图可以看出，速度方向改变一次，先反方向增大，后先增大后减小，最大运动速度为3mm/s。在0.8s时，当位移达到最大值时，速度在正方向上也达到最大值，t=2s时，运动结束，速度为0。 （2）从加速度曲线可以看出，加速度方向改变一次，加速度先增大后减小，在t=0.4s时，加速度达到最大值，从这可以看出，速度最大的点加速度并不是最大；启动和制动时曲线存在突变，这说明机构起动与停止时的冲击很大，因此，在设计过程中，启动或制动时的运动规律可设置为正弦曲线运动规律或多项式运动曲线。 参考文献： [1]郭益友.工业机械手在机械制造工艺中的发展及应用[J].淮南职业技术学院学报，2011，2（01）：36-38. [2]何兰.工业机械手研究及应用[J].电子世界，2013，23（05）：45-46. [3]刘天时.PRP圆柱坐标工业机械手关键技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2013. [4]张天宇，田会方.五自由度搬运机械手臂的设计与研究[J].机械制造及自动化，2016（02）：160-162. [5]张震.工业机械手臂的设计[J].智能制造，2010，15（02）：61-62. [6]周飞.M1020无心外圆磨床自动上料机设计[D].西京学院，2016. 作者简介：张大鑫（1998-），男，山东梁山人，本科在读，研究方向： 机械设计制造及其自动化。 |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。