搬运机械手仿真设计和制作

搬运机械手仿真设计和制作*王建军（ 安徽机电职业技术学院 机械工程系 ，芜湖 241000）41000， 章编号 ： 10012012） 09 要 】介绍了一种用于搬运的气动机械手的设计，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的进退运动，并利用其进行运动学及动力学仿真，检查机械手在运动工作过程中的正确性和准确性，同时获得各部件机械手结构设计及其受力情况是否合理，为机械手设计提供参考。并在此基础上成功研制出物理样机，通过仿真设计提高了设计质量并缩短了设计周期。关键词：搬运机械手；气压传动； 真【he of a is inby to to up of is at of is nd on is is is 中图分类号： 献标识码： A来稿日期： 2011基金项目： 2010 年高校省级优秀青年人才基金项目（ 2010 引言机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取 、搬运物件或操作工具的一种机械电子装置 。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造 、冶金 、电子 、轻工和原子能等部门 。储气罐的气密性检测和搬运现在主要靠工人单调重复性的体力劳动，劳动强度大，因此研究和设计一种搬运机械手以代替人的劳动 。2 机械手工作原理针对机械手的工作要求，设计的搬运机械手的手部和臂部是装在可移动的小车上，手部安装于气缸的活塞杆上，手部可以上下移动，手部的抓紧动作是由一小气缸驱动 。搬运机械手的功能是搬运储气罐运送至指定地点，要求手爪能够闭合和张开，从而抓住或释放储气罐 。机械手的手部是最重要的执行机构，是用来握持的部件 。根据工作要求和搬运物件的特征分析，机械手手部结构设计选用夹钳式，它是工业机器人最常见的一种手部结构 。手部传动机构可采用平动型，特点是手爪由多杆机构传动，当手爪夹紧和松开物体时，手指姿态不变，作平动，并保持夹持中心固定不变，不受工件直径变化的影响 。设计手部机构，如图 1 所示 。气缸活塞杆储气罐手爪图 1 机械手手部机构图机械手的驱动方式有液压式 、气动式 、和电动式 。根据机械手工作要求和负载分析，选用气动和电动机相结合的驱动方式，机械手的上下运动和夹紧 、松开用电磁换向阀控制气缸的动作来实现；小车的左右移动采用减速电动机带动 。3 真分析集建模 、计算和后处理于一体，由多个模块组成 。基本模块是 块和 块 。通常的机械系统都可 这两个模块来完成 。另外在 还有针对专业领域而单独开发的一些专用模块和嵌入模块，本研究主要用基本模块即块和 块来完成 。直接用 提供的布尔运算功能建立模型，构建的模型实现必要的参数化，并且施加约束 、运动等，再利用 模型进运动学或动力学仿真 。型建立由于机械手的总体结构比较简单，所以在 台上按照设计图建立仿真模型，如图 2 所示 。大气缸移动滚轮小气缸小车手部结构车轮车轮图 2 动学和动力学仿真为了实现模拟实际机械手的工作状况，按照实际搬运件的尺寸和重量设置，重量 20径 25理设置搬运机械手的运动速度参数，进行探测性仿真并修改参数达到最佳效果和得出最优数据，运动仿真过程画面，如图 3 所示 。图 3 仿真过程在运动的仿真过程中得出，小气缸和大气缸受力大小及变化，如图 4 所示 。与理论计算结果基本一致 。a）b）小气缸受力图 4 果分析通过仿真可以直观的观察搬运机械手的动作过程和工作情况，通过修改优化参数可以看出该机械手的动作可以满足作业要求 。4 缸选用根据设计要求，机械手选用气动和电动机相结合的驱动方式，搬运机械手的手部和臂部是装在可移动的小车上，手部安装于大气缸的活塞杆上，手部可以上下移动，手部的抓紧动作是由一小气缸驱动 。设计机械手的功能是可以抓取工件后提升，小车带动机械手移动到指定位置卸下 。升降气缸即大气缸主要承载机械手和工件的重量，总共的重量大约 400N，根据设计数据和气源的气压并结合仿真结果，根据表 2348取气缸内径为： D=50塞杆内径为：选取 d=25车车架制作依据整个机械手的承重和负载，小车车架采用（ 5030形钢管，材料为 用整体焊式结构，小车以及机械手的左右移动的依靠减速电机带动滚轮在三角导轨上的转动，并且要求通过改变接线电机能够正反转控制 。制作装配结束得到物理样机，如图 5 所示 。机械手实物，如图 6 所示 。大气缸小气缸 搬运机械手气动原理图图 6 机械手实物图 7 械手工作情况机械手工作情况，如图 7所示 。机械手的控制系统可以采用继第9期 王建军：搬运机械手仿真设计和制作 147电 器点动控制，也可以采用 编程控制器进行控制，机械手的行走装置采用电机驱动，通过改变接线可以改变电机的转向，行走至末端由行程开关可以使其停止，可以实现搬运的自动化 。5 结论通过对设计要求的分析，设计出机械手的总体方案，用件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等 。按照设计图纸进行加工制造零部件，并根据实际选购电机和气压元件等，最终装配调试，机械手实现了预期的设计动作和抓举力，达到预期目标 。通过仿真设计，整个机械手的设计从构想，到机械手成功研制历时比预期减少了近两个月 。仿真得到的数据为物理样机的设计制造提供了重要依据，电机驱动和气压传动结合在一起，通过合理控制可以实现搬运的自动化，减轻或代替人的劳动 。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计 、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高 。参考文献 1朱慧玲 教学机器人的开发与设计 J 机电产品开发与创新 2） . 2宋娟 上下料机械手 制系统设计 J 装备制造技术， 2008（ 10） . 3黄伟，胡青龙 机械手 制系统的设计 J 机电工程技术， 2008（ 11） . 4方传青，尹丽娟 仿真设计（ 农业机械手设计中的应用 J 农业装备与车辆工程， 2008（ 2）： 38 5韦尧兵，姜明星，刘军，等 气动搬运机械手虚拟设计 J 液压与气动，2009（ 5）： 99 6王国强，张进平，马若丁 虚拟样机技术及其在 的实践 M 西安：西北工业大学出版社， 2002 7周元一 电机与电气控制 M 北京：机械工业出版社， 2008基于小波分析的螺栓联接结构的动态特性分析*闫航瑞 曾国英 赵登峰（ 西南科技大学 制造科学与工程学院 省部共建教育部重点实验室 制造过程测试技术 ，绵阳 621010）21010， 章编号 ： 10012012） 09 要 】利用小波包分析技术提取敲击状态下搭接梁螺栓联接结构包含某一固有频率的振动加速度信号，根据该频段信号的连续小波变换（析螺栓联接结构随着预紧力变化的动态特性。首先基于后根据振动信号的时频特性选取（320480）后对不同连接状况下在该频段的时域信号进行一维连续小波变换。分析结果发现螺栓松动变化与其结构的动态特性密切相关,在敲击下，预紧力越小，信号衰减越快，其结构阻尼越大，表示联接结构的能量耗散增大，系统非线性增强。关键词：敲击；振动信号；小波变换；动态特性【is to of a by of is on on of 320480） Hz is as is 320480） Hz by of