曲軸上下料重載機(jī)械臂設(shè)計及三工位軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、六缸曲軸是柴油機(jī)的重要組成部分，在柴油機(jī)工作過程中曲軸受力情況復(fù)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(fù)，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(jī)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(jī)、車外徑），設(shè)計一種重載機(jī)械臂，可實現(xiàn)曲軸工件在這三個工位的自動裝卸，且進(jìn)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(jī)械臂的設(shè)計指標(biāo)；對比研究國內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)械臂構(gòu)型特點(diǎn)后，選定5自由度閉鏈?zhǔn)疥P(guān)節(jié)型重載機(jī)械臂構(gòu)型；基于可操作度指標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計了機(jī)械臂的各臂桿長度；經(jīng)過電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)等多次權(quán)衡，設(shè)計了安川交流伺服電機(jī)與RV減速器的腰部、肩部、腕部結(jié)構(gòu)；采用連桿杠桿式機(jī)構(gòu)與V型鉗口組合的方案進(jìn)行了末端夾持器設(shè)計；工作空間分析表明機(jī)械臂可滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的運(yùn)動空間需求；在肩關(guān)節(jié)設(shè)計了彈簧式平衡缸以平衡機(jī)械臂自重對控制特性的影響，并基于簡化動力學(xué)模型

3、進(jìn)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(jī)械臂的動態(tài)特性，分別建立了機(jī)械臂剛體動力學(xué)模型和考慮關(guān)節(jié)柔性的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)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(xué)模型，分析了機(jī)械臂系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)及性能，并以其相應(yīng)的動態(tài)性能指標(biāo)和機(jī)體輕量化作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計機(jī)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(jī)體體質(zhì)量減小約30

4、％，并在一定程度上提高了機(jī)體的動態(tài)性能；進(jìn)一步建立了優(yōu)化后機(jī)械臂關(guān)鍵臂桿的有限元模型，并進(jìn)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(jī)械臂桿件符合性能要求。
　　在機(jī)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(diǎn)樣條插值規(guī)劃算法為基礎(chǔ)算法。結(jié)合機(jī)械臂動力學(xué)模型，以時間和能耗最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，對軌跡規(guī)劃算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化結(jié)果表明該算法在縮短運(yùn)行時間的同時可降低系統(tǒng)能耗，具有一定的優(yōu)越性。基于六缸曲軸生