搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)和制作

搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)和制作*王建軍（ 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系 ，蕪湖 241000）41000， 章編號(hào) ： 10012012） 09 要 】介紹了一種用于搬運(yùn)的氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的氣缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，并利用其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真，檢查機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)工作過程中的正確性和準(zhǔn)確性，同時(shí)獲得各部件機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其受力情況是否合理，為機(jī)械手設(shè)計(jì)提供參考。并在此基礎(chǔ)上成功研制出物理樣機(jī)，通過仿真設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量并縮短了設(shè)計(jì)周期。關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；氣壓傳動(dòng)； 真【he of a is inby to to up of is at of is nd on is is is 中圖分類號(hào)： 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A來稿日期： 2011基金項(xiàng)目： 2010 年高校省級(jí)優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目（ 2010 引言機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取 、搬運(yùn)物件或操作工具的一種機(jī)械電子裝置 。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 、冶金 、電子 、輕工和原子能等部門 。儲(chǔ)氣罐的氣密性檢測(cè)和搬運(yùn)現(xiàn)在主要靠工人單調(diào)重復(fù)性的體力勞動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此研究和設(shè)計(jì)一種搬運(yùn)機(jī)械手以代替人的勞動(dòng) 。2 機(jī)械手工作原理針對(duì)機(jī)械手的工作要求，設(shè)計(jì)的搬運(yùn)機(jī)械手的手部和臂部是裝在可移動(dòng)的小車上，手部安裝于氣缸的活塞桿上，手部可以上下移動(dòng)，手部的抓緊動(dòng)作是由一小氣缸驅(qū)動(dòng) 。搬運(yùn)機(jī)械手的功能是搬運(yùn)儲(chǔ)氣罐運(yùn)送至指定地點(diǎn)，要求手爪能夠閉合和張開，從而抓住或釋放儲(chǔ)氣罐 。機(jī)械手的手部是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是用來握持的部件 。根據(jù)工作要求和搬運(yùn)物件的特征分析，機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用夾鉗式，它是工業(yè)機(jī)器人最常見的一種手部結(jié)構(gòu) 。手部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可采用平動(dòng)型，特點(diǎn)是手爪由多桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，當(dāng)手爪夾緊和松開物體時(shí)，手指姿態(tài)不變，作平動(dòng)，并保持夾持中心固定不變，不受工件直徑變化的影響 。設(shè)計(jì)手部機(jī)構(gòu)，如圖 1 所示 。氣缸活塞桿儲(chǔ)氣罐手爪圖 1 機(jī)械手手部機(jī)構(gòu)圖機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式 、氣動(dòng)式 、和電動(dòng)式 。根據(jù)機(jī)械手工作要求和負(fù)載分析，選用氣動(dòng)和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)和夾緊 、松開用電磁換向閥控制氣缸的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)；小車的左右移動(dòng)采用減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 。3 真分析集建模 、計(jì)算和后處理于一體，由多個(gè)模塊組成 ?；灸K是 塊和 塊 。通常的機(jī)械系統(tǒng)都可 這兩個(gè)模塊來完成 。另外在 還有針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域而單獨(dú)開發(fā)的一些專用模塊和嵌入模塊，本研究主要用基本模塊即塊和 塊來完成 。直接用 提供的布爾運(yùn)算功能建立模型，構(gòu)建的模型實(shí)現(xiàn)必要的參數(shù)化，并且施加約束 、運(yùn)動(dòng)等，再利用 模型進(jìn)運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)仿真 。型建立由于機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以在 臺(tái)上按照設(shè)計(jì)圖建立仿真模型，如圖 2 所示 。大氣缸移動(dòng)滾輪小氣缸小車手部結(jié)構(gòu)車輪車輪圖 2 動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真為了實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)際機(jī)械手的工作狀況，按照實(shí)際搬運(yùn)件的尺寸和重量設(shè)置，重量 20徑 25理設(shè)置搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)，進(jìn)行探測(cè)性仿真并修改參數(shù)達(dá)到最佳效果和得出最優(yōu)數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)仿真過程畫面，如圖 3 所示 。圖 3 仿真過程在運(yùn)動(dòng)的仿真過程中得出，小氣缸和大氣缸受力大小及變化，如圖 4 所示 。與理論計(jì)算結(jié)果基本一致 。a）b）小氣缸受力圖 4 果分析通過仿真可以直觀的觀察搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作過程和工作情況，通過修改優(yōu)化參數(shù)可以看出該機(jī)械手的動(dòng)作可以滿足作業(yè)要求 。4 缸選用根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手選用氣動(dòng)和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，搬運(yùn)機(jī)械手的手部和臂部是裝在可移動(dòng)的小車上，手部安裝于大氣缸的活塞桿上，手部可以上下移動(dòng)，手部的抓緊動(dòng)作是由一小氣缸驅(qū)動(dòng) 。設(shè)計(jì)機(jī)械手的功能是可以抓取工件后提升，小車帶動(dòng)機(jī)械手移動(dòng)到指定位置卸下 。升降氣缸即大氣缸主要承載機(jī)械手和工件的重量，總共的重量大約 400N，根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和氣源的氣壓并結(jié)合仿真結(jié)果，根據(jù)表 2348取氣缸內(nèi)徑為： D=50塞桿內(nèi)徑為：選取 d=25車車架制作依據(jù)整個(gè)機(jī)械手的承重和負(fù)載，小車車架采用（ 5030形鋼管，材料為 用整體焊式結(jié)構(gòu)，小車以及機(jī)械手的左右移動(dòng)的依靠減速電機(jī)帶動(dòng)滾輪在三角導(dǎo)軌上的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且要求通過改變接線電機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)控制 。制作裝配結(jié)束得到物理樣機(jī)，如圖 5 所示 。機(jī)械手實(shí)物，如圖 6 所示 。大氣缸小氣缸 搬運(yùn)機(jī)械手氣動(dòng)原理圖圖 6 機(jī)械手實(shí)物圖 7 械手工作情況機(jī)械手工作情況，如圖 7所示 。機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用繼第9期 王建軍：搬運(yùn)機(jī)械手仿真設(shè)計(jì)和制作 147電 器點(diǎn)動(dòng)控制，也可以采用 編程控制器進(jìn)行控制，機(jī)械手的行走裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過改變接線可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，行走至末端由行程開關(guān)可以使其停止，可以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的自動(dòng)化 。5 結(jié)論通過對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，設(shè)計(jì)出機(jī)械手的總體方案，用件建立虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真并優(yōu)化參數(shù)，得出了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程的演示動(dòng)畫，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能有機(jī)地結(jié)合在一起，工作平穩(wěn)，并在指定的速度和負(fù)載等參數(shù)下得出了所需要的驅(qū)動(dòng)力和結(jié)構(gòu)參數(shù)等 。按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行加工制造零部件，并根據(jù)實(shí)際選購電機(jī)和氣壓元件等，最終裝配調(diào)試，機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)動(dòng)作和抓舉力，達(dá)到預(yù)期目標(biāo) 。通過仿真設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)從構(gòu)想，到機(jī)械手成功研制歷時(shí)比預(yù)期減少了近兩個(gè)月 。仿真得到的數(shù)據(jù)為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)制造提供了重要依據(jù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓傳動(dòng)結(jié)合在一起，通過合理控制可以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的自動(dòng)化，減輕或代替人的勞動(dòng) 。虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì) 、測(cè)試和評(píng)估，可以降低設(shè)計(jì)成本，縮短開發(fā)周期，而且設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率都可以得到提高 。參考文獻(xiàn) 1朱慧玲 教學(xué)機(jī)器人的開發(fā)與設(shè)計(jì) J 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 2） . 2宋娟 上下料機(jī)械手 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 裝備制造技術(shù)， 2008（ 10） . 3黃偉，胡青龍 機(jī)械手 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 機(jī)電工程技術(shù)， 2008（ 11） . 4方傳青，尹麗娟 仿真設(shè)計(jì)（ 農(nóng)業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程， 2008（ 2）： 38 5韋堯兵，姜明星，劉軍，等 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手虛擬設(shè)計(jì) J 液壓與氣動(dòng)，2009（ 5）： 99 6王國(guó)強(qiáng)，張進(jìn)平，馬若丁 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在 的實(shí)踐 M 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2002 7周元一 電機(jī)與電氣控制 M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008基于小波分析的螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性分析*閆航瑞 曾國(guó)英 趙登峰（ 西南科技大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院 省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 制造過程測(cè)試技術(shù) ，綿陽 621010）21010， 章編號(hào) ： 10012012） 09 要 】利用小波包分析技術(shù)提取敲擊狀態(tài)下搭接梁螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)包含某一固有頻率的振動(dòng)加速度信號(hào)，根據(jù)該頻段信號(hào)的連續(xù)小波變換（析螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)隨著預(yù)緊力變化的動(dòng)態(tài)特性。首先基于后根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻特性選取（320480）后對(duì)不同連接狀況下在該頻段的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行一維連續(xù)小波變換。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)變化與其結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān),在敲擊下，預(yù)緊力越小，信號(hào)衰減越快，其結(jié)構(gòu)阻尼越大，表示聯(lián)接結(jié)構(gòu)的能量耗散增大，系統(tǒng)非線性增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：敲擊；振動(dòng)信號(hào)；小波變換；動(dòng)態(tài)特性【is to of a by of is on on of 320480） Hz is as is 320480） Hz by of