轻型拆卸机机械手的设计与分析

轻型拆卸机机械手的设计与分析

1轻机械装卸机结构设计近年来，美国出现了一种名为高性能臂的装配机。这种机器通常固定在地面上或固定在运行车辆上，重量的驱动模式为液或气。起重臂端部可安装各种机械手,用以抓取箱型物品、桶型物品或板型物品。与之相对应,我们研制了轻型装卸机,本文设计的机械手是轻型装卸机的组件之一,用以抓取纸箱及木箱类包装的物品。它的总体结构为平行四边形连杆机构,由手臂、连杆和双驱动油缸三部分组成,如图1所示。机械手各连杆杆长和杆长比及手掌尺寸影响其运动的灵活性和液压缸驱动力的大小。本文采用复合型优化设计方法,对平行连杆机构的杆长和杆长比进行了优化设计,并在此基础上进行了机械手的总体设计。2机械手的基本模型的分析采用静态力学分析理论,对机械手进行了力学分析,得出基本力学模型,如图2所示。其参数关系式如下:(1)ac连接线压力p1Ρ1=ΡΖl24μl1sinθP1=PZl24μl1sinθ(1)(2)l12+l3-l13Ρ2=ΡΖl24μl1sinθ-ΡYl3√l12+l32-2l1l3cosθP2=PZl24μl1sinθ−PYl3l12+l32−2l1l3cosθ√(2)(3)液压机轴向推挤pyΡY=√l12+l32-2l1l3cosθ2μl1ΡΖPY=l12+l32−2l1l3cosθ√2μl1PZ(3)3机械手优化设计数学模型的构建机械手优化设计的目标就是在一定载荷的工况下,使液压缸轴向拉力最小,并使机械手转动灵活,从而减小液压缸和机械手的整体尺寸和重量。3.1机械手机械手的设计变量根据机械手结构的受力特点,选择机械手连杆CD长度l1、连杆BD长度l3为设计变量,即:林建龙等平动式轻型装卸机机械手的优化设计研究·设计x=[x1x3]=[l1l3]x=[x1x3]=[l1l3]3.2液压缸内ph的影响优化设计的目标就是当PZ(载荷)为一定值时,通过合理地选l1、l2使PY取最小值,从而改善机械手的受力状况并减小液压缸和机械手的总体尺寸。根据机械手基本模型分析有:ΡY=√l12+l32-2l1l3cosθ2μl1ΡΖ3.3计变量允许变化的长度范围根据机械手抓取箱形物体工作行程T=180mm的实际需要,设计变量允许变化的长度范围100≤l1≤16090≤l3≤210因此其约束g1(x)=160-x1≥0g2(x)=x1-100≥0g3(x)=210-x3≥0g4(x)=x3-90≥03.4平行四边形机构根据机械手手臂抓取箱形物品工作行程T=180mm有l3cosθmin+l3cos(π-θmax)=180mm为了保证机械手手臂开合传动灵活,应使机械手平行四边形机构的最大开合角和最小开合角满足约束条件:55180π≤θ≤110180π因此其约束g5(x)=110180π-θ≥0g6(x)=θ-55180π≥04优化设计，计算框架图根据机械手的优化设计模型和约束条件,采用C++语言编制了优化设计程序,其框图如图3所示。5优化设计结果5.1采用cd-rom长度优化方案1和cd-l3X=[X1X3]=[l1l3]=[100.004115.721]5.2随着机械手的开口角的发生，液压缸的张力py的关系如图4所示6机械手设计方案的确定根据优化结果,选取机械手CD长度l1、机械手手掌宽度l2及连杆BD长度l3以此为基础细化机械手结构设计。选取适当的液压缸,校核机械手手掌截面I-I的弯曲强度,机械手采用板式框架结构,加强筋板采用封闭型空心截面型钢以提高机械手刚度,从而确定最优的机械手设计方案