曲軸上下料重載機械臂設計及三工位軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、六缸曲軸是柴油機的重要組成部分，在柴油機工作過程中曲軸受力情況復雜，所以在生產(chǎn)加工時，通常對其加工質(zhì)量有著較高的要求。這使得六缸曲軸加工工藝繁復，工序間的工件移動和裝卸次數(shù)頻繁，且曲軸工件質(zhì)量接近200Kg，生產(chǎn)線的自動化改造迫切需求曲軸裝卸重載機械臂。因此，本文針對曲軸生產(chǎn)中選定的三個工位（銑端面鉆中心孔、質(zhì)量定心機、車外徑），設計一種重載機械臂，可實現(xiàn)曲軸工件在這三個工位的自動裝卸，且進行其軌跡優(yōu)化控制研究。
　　在分析生產(chǎn)現(xiàn)

2、場的基礎(chǔ)上，確定了機械臂的設計指標；對比研究國內(nèi)外現(xiàn)有機械臂構(gòu)型特點后，選定5自由度閉鏈式關(guān)節(jié)型重載機械臂構(gòu)型；基于可操作度指標，優(yōu)化設計了機械臂的各臂桿長度；經(jīng)過電機與減速機構(gòu)等多次權(quán)衡，設計了安川交流伺服電機與RV減速器的腰部、肩部、腕部結(jié)構(gòu)；采用連桿杠桿式機構(gòu)與V型鉗口組合的方案進行了末端夾持器設計；工作空間分析表明機械臂可滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的運動空間需求；在肩關(guān)節(jié)設計了彈簧式平衡缸以平衡機械臂自重對控制特性的影響，并基于簡化動力學模型

3、進行了平衡系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，優(yōu)化后的平衡系統(tǒng)將肩關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩峰值由9679.5N·m降低到2498.0N·m。
　　為優(yōu)化機械臂的動態(tài)特性，分別建立了機械臂剛體動力學模型和考慮關(guān)節(jié)柔性的剛?cè)狁詈蟿恿W模型，并通過ADAMS仿真驗證了模型的正確性，基于驗證的動力學模型，分析了機械臂系統(tǒng)的動力學參數(shù)及性能，并以其相應的動態(tài)性能指標和機體輕量化作為優(yōu)化目標函數(shù)，優(yōu)化設計機械臂各個桿件的尺寸參數(shù)，優(yōu)化得到的最優(yōu)桿件參數(shù)使機體體質(zhì)量減小約30

4、％，并在一定程度上提高了機體的動態(tài)性能；進一步建立了優(yōu)化后機械臂關(guān)鍵臂桿的有限元模型，并進行了靜力分析與模態(tài)分析，分析結(jié)果表明優(yōu)化后的機械臂桿件符合性能要求。
　　在機械臂的軌跡規(guī)劃算法及優(yōu)化方面，比較兩種常用的軌跡規(guī)劃算法后，選定空間多點樣條插值規(guī)劃算法為基礎(chǔ)算法。結(jié)合機械臂動力學模型，以時間和能耗最優(yōu)為優(yōu)化目標，對軌跡規(guī)劃算法進行了優(yōu)化設計，優(yōu)化結(jié)果表明該算法在縮短運行時間的同時可降低系統(tǒng)能耗，具有一定的優(yōu)越性?；诹浊S生