輕型拆卸機(jī)機(jī)械手的設(shè)計與分析

輕型拆卸機(jī)機(jī)械手的設(shè)計與分析

1輕機(jī)械裝卸機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計近年來，美國出現(xiàn)了一種名為高性能臂的裝配機(jī)。這種機(jī)器通常固定在地面上或固定在運行車輛上，重量的驅(qū)動模式為液或氣。起重臂端部可安裝各種機(jī)械手,用以抓取箱型物品、桶型物品或板型物品。與之相對應(yīng),我們研制了輕型裝卸機(jī),本文設(shè)計的機(jī)械手是輕型裝卸機(jī)的組件之一,用以抓取紙箱及木箱類包裝的物品。它的總體結(jié)構(gòu)為平行四邊形連桿機(jī)構(gòu),由手臂、連桿和雙驅(qū)動油缸三部分組成,如圖1所示。機(jī)械手各連桿桿長和桿長比及手掌尺寸影響其運動的靈活性和液壓缸驅(qū)動力的大小。本文采用復(fù)合型優(yōu)化設(shè)計方法,對平行連桿機(jī)構(gòu)的桿長和桿長比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)械手的總體設(shè)計。2機(jī)械手的基本模型的分析采用靜態(tài)力學(xué)分析理論,對機(jī)械手進(jìn)行了力學(xué)分析,得出基本力學(xué)模型,如圖2所示。其參數(shù)關(guān)系式如下:(1)ac連接線壓力p1Ρ1=ΡΖl24μl1sinθP1=PZl24μl1sinθ(1)(2)l12+l3-l13Ρ2=ΡΖl24μl1sinθ-ΡYl3√l12+l32-2l1l3cosθP2=PZl24μl1sinθ?PYl3l12+l32?2l1l3cosθ√(2)(3)液壓機(jī)軸向推擠pyΡY=√l12+l32-2l1l3cosθ2μl1ΡΖPY=l12+l32?2l1l3cosθ√2μl1PZ(3)3機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)就是在一定載荷的工況下,使液壓缸軸向拉力最小,并使機(jī)械手轉(zhuǎn)動靈活,從而減小液壓缸和機(jī)械手的整體尺寸和重量。3.1機(jī)械手機(jī)械手的設(shè)計變量根據(jù)機(jī)械手結(jié)構(gòu)的受力特點,選擇機(jī)械手連桿CD長度l1、連桿BD長度l3為設(shè)計變量,即:林建龍等平動式輕型裝卸機(jī)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計研究·設(shè)計x=[x1x3]=[l1l3]x=[x1x3]=[l1l3]3.2液壓缸內(nèi)ph的影響優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)就是當(dāng)PZ(載荷)為一定值時,通過合理地選l1、l2使PY取最小值,從而改善機(jī)械手的受力狀況并減小液壓缸和機(jī)械手的總體尺寸。根據(jù)機(jī)械手基本模型分析有:ΡY=√l12+l32-2l1l3cosθ2μl1ΡΖ3.3計變量允許變化的長度范圍根據(jù)機(jī)械手抓取箱形物體工作行程T=180mm的實際需要,設(shè)計變量允許變化的長度范圍100≤l1≤16090≤l3≤210因此其約束g1(x)=160-x1≥0g2(x)=x1-100≥0g3(x)=210-x3≥0g4(x)=x3-90≥03.4平行四邊形機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)械手手臂抓取箱形物品工作行程T=180mm有l(wèi)3cosθmin+l3cos(π-θmax)=180mm為了保證機(jī)械手手臂開合傳動靈活,應(yīng)使機(jī)械手平行四邊形機(jī)構(gòu)的最大開合角和最小開合角滿足約束條件:55180π≤θ≤110180π因此其約束g5(x)=110180π-θ≥0g6(x)=θ-55180π≥04優(yōu)化設(shè)計，計算框架圖根據(jù)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計模型和約束條件,采用C++語言編制了優(yōu)化設(shè)計程序,其框圖如圖3所示。5優(yōu)化設(shè)計結(jié)果5.1采用cd-rom長度優(yōu)化方案1和cd-l3X=[X1X3]=[l1l3]=[100.004115.721]5.2隨著機(jī)械手的開口角的發(fā)生，液壓缸的張力py的關(guān)系如圖4所示6機(jī)械手設(shè)計方案的確定根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,選取機(jī)械手CD長度l1、機(jī)械手手掌寬度l2及連桿BD長度l3以此為基礎(chǔ)細(xì)化機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計。選取適當(dāng)?shù)囊簤焊?校核機(jī)械手手掌截面I-I的彎曲強(qiáng)度,機(jī)械手采用板式框架結(jié)構(gòu),加強(qiáng)筋板采用封閉型空心截面型鋼以提高機(jī)械手剛度,從而確定最優(yōu)的機(jī)械手設(shè)計方案