談機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

談機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法談機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法 2019/12/06 摘要：近些年來，我國機械制造加工業(yè)發(fā)展迅速，尤其是現(xiàn)代機械設(shè)備的支持下，產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品生產(chǎn)效率得到極大提高。機械手作為制造加工中常見的一種自動化機械設(shè)備，在提高機械加工效率與質(zhì)量等方面發(fā)揮出積極作用。然而，機械手在產(chǎn)品加工中的長期使用，暴露出一些問題，不利于充分發(fā)揮機械手的既有應(yīng)用價值。本文以空心杯為例，以機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計為主題展開分析，首先簡要介紹了本文主要研究內(nèi)容，隨后從機械手總體方案設(shè)計、機械手動力學(xué)仿真模擬兩個方面，深入探討了機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體優(yōu)化策略，旨在讓機械手在空心杯電機生產(chǎn)線中發(fā)揮出更好地使用效果，全面提高空心杯電機生產(chǎn)工作效率與工作質(zhì)量。關(guān)鍵詞：機械手；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法現(xiàn)階段，我國空心杯制造加工過程中，人工操作占據(jù)重要地位，尚未推廣應(yīng)用現(xiàn)代自動化操作系統(tǒng)，尤其是線板與線板之間的纏繞，主要以人工操作方式為主，這種操作方式，除了需要耗費大量人力資源之外，還不具備較高的工作效率，影響生產(chǎn)效益的增長?；诖?，本文對“機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法”展開深層次實踐分析，對于提高機械手使用效果，全面提高空心杯生產(chǎn)效率而言，具有十分重要的現(xiàn)實意義與實踐價值。1機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要研究內(nèi)容概述空心杯線圈生產(chǎn)線需重視機械手的有效應(yīng)用，線圈纏繞完成之后，空心杯的制造就算是半成品完成，此刻線圈僅需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚恚涂梢灾圃斐龀善?。筆者本文研究旨在設(shè)計多角度活動的機械手系統(tǒng)，促使機械手能夠完成從上料到安裝到精準(zhǔn)機主軸上的一系列操作。具體言之，機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要研究內(nèi)容有以下幾個方面的內(nèi)容。一是深入調(diào)查上下料機械手的特點，并明確其存在的優(yōu)缺點，然后結(jié)合機械手功能需求，參考機械手設(shè)計原理，最終確定機械手設(shè)計目標(biāo)及優(yōu)化方案，并以此為依據(jù)，制定詳細(xì)的設(shè)計方案1。二是依據(jù)設(shè)計方案、考慮機械手動作需求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)行機械手零件連接仿真模擬，從中結(jié)合零件變形、應(yīng)力圖等進(jìn)行分析，最終選擇動力學(xué)性最佳的材料制造零件2。三是對確定好的機械手優(yōu)化最佳參數(shù)，最大限度減少機械手零件承受力，促進(jìn)生產(chǎn)線使用年限3。四是借助ANSYS等軟件仿真模擬機械手，驗證機械手各零部件設(shè)計是否合理，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理之處，然后借助拓?fù)鋬?yōu)化方法，改善機械手不合理結(jié)構(gòu)，以此有效提高機械手精準(zhǔn)度，有效降低制造成本。2機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法分析2.1機械手總體方案優(yōu)化設(shè)計（1）上下料機械手系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計。機械手系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計，主要涉及繞線原理、線圈生產(chǎn)主要流程兩個方面的內(nèi)容。一是繞線原理。結(jié)合實際加工需求，不同直徑線圈生產(chǎn)活動中，僅需要將與之相對應(yīng)的線圈芯軸套更換就可以持續(xù)進(jìn)行加工。這樣一來，一方面可以保證線圈纏繞準(zhǔn)確率；另一方面可以有效提高機械手工作效率。需強調(diào)的是線圈纏繞時，需保證不同型號線圈與芯軸尺寸相符。二是線圈生產(chǎn)主要流程。線圈的生產(chǎn)主要依靠機械手將未加工的線圈安裝到主軸上，然后繞線機以斜繞式方法，將銅線纏繞到線圈上，最后在精準(zhǔn)機主軸的作用下，完成精準(zhǔn)機精準(zhǔn)線圈加工。設(shè)計階段，相關(guān)人員首要工作是明確機械手操作空間大小，并確定芯軸與主軸對接位置，然后以此為依據(jù)，結(jié)合實際需求，優(yōu)化設(shè)計機械手每一個動作，并確定機械手的具體位置，一方面可以解決空間問題；另一方面可以最大限度節(jié)約成本。（2）機械手自由度。線圈生產(chǎn)中，機械手主要在繞線機與精準(zhǔn)機之間發(fā)揮作用，可讓線圈完成繞線機到精準(zhǔn)機主軸之間的一系列動作。結(jié)合實際需求，機械手在線圈加工中，所需要執(zhí)行的動作，總體言之，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。機械手從繞線機初始位置移動到終止位置整個過程中，機械手的主要動作為緊抓住線圈，并以直線運動方式移動到中間位置，最后將線圈安裝到精準(zhǔn)機主軸上。機械手移動到繞線機的整個過程中，動作的實現(xiàn)，可以直線方向移動實現(xiàn)，這個動作可確定一個自由度。首先，將X軸設(shè)為移動副，機械手線圈抓取與松開等操作，主要是在繞線機與精準(zhǔn)機主軸之間來回以直線正反向線性運動予以實現(xiàn)。機械手在完成繞線機上線圈夾持動作之后，就可以繼續(xù)完成繞線機離開動作，然而生產(chǎn)線上有擋板，意味著機械手離開繞線機的動作，必須繞開擋板，才能保證機械手順利完成繞線機離開操作。在此移動過程中，與上述動作屬于同一個水平方向，自由度與第一個X軸移動對相同。除了確定水平方向的自由度之外，還需要進(jìn)一步在豎直方向單獨確定一個移動自由度，以Z軸設(shè)定為移動副，Z與重力加速度方向相反。最后裝配動作需水平面垂直X方向的另一個移動副輔助完成動作，設(shè)定為Y移動副?？傊瑱C械手自由度的確定，主要有四個，當(dāng)中三個為移動自由度，一個為手爪夾持自由度。2.2機械手動力學(xué)仿真模擬通過solidwords軟件仿真模擬機械手，構(gòu)建與之相符的幾何模型，隨后將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到ANSYS中，并設(shè)定重力加速度單位，X軸設(shè)定為接地，以此展開機械手動力學(xué)仿真模擬。結(jié)合模型與實際輸出結(jié)果，發(fā)現(xiàn)速度變量雖保持一致，但是力量與力矩變量模型與實際存在顯著的差異。為了更好滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)線的實際需求，結(jié)合機械手受力效果，予以措施進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化機械手設(shè)計。首先，結(jié)合機械手各部分重要零部件的具體受力情況，優(yōu)化選擇材料，并適當(dāng)調(diào)整機械手的運行方向。其次，設(shè)計方案與機械手整體機構(gòu)進(jìn)行比對分析，并以此為依據(jù)，對機械手具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的可行性進(jìn)行探討，最終確定機械手各零部件最后類型。三是借助動力學(xué)仿真模擬，通過多次反復(fù)驗證，得出機械手的最佳安裝數(shù)據(jù)，然后在最優(yōu)解中得出最佳安裝位置。需強調(diào)的是在仿真模擬時，需進(jìn)行多次驗證，其主要目的是保證仿真模擬數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、有效性，只有這樣，才能真正意義上確定出機械手之間的最佳安裝位置。最后，ANSYS中分析機械手模態(tài)振型，尤其是機械手當(dāng)中的一些重要零部件，更需要借助ANSYS進(jìn)行應(yīng)力分析，然后利用拓?fù)鋬?yōu)化學(xué)，完成機械手零部件的材料優(yōu)選工作。綜上所述，機械手在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，然而在實踐中，暴露出一系列問題，直接影響到機械手既有作用的發(fā)揮。所以，在實踐中，有必要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)需求，進(jìn)一步優(yōu)化機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計，并立足于工業(yè)生產(chǎn)實際需求，探討出行之有效的機械手結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，為充分發(fā)揮機械手應(yīng)用價值夯實基礎(chǔ)，進(jìn)而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益，推動我國現(xiàn)代制造加工業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1蘇志同.熱沖壓生產(chǎn)線多層箱式爐機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動優(yōu)化J.中國設(shè)備工程,2019(13):72-73.2張軍,張勇.機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化研究J.湖北農(nóng)機化,2019(12):73-74.3李衛(wèi)民,華雷.注塑機專用取件機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計J.機械工程師,2018(07):52-54.