1、搬运机械手仿真设计和制作探讨摘 要搬运机械手根据坐标可以分为很多种，例如：直角坐标型和极坐标型还有圆柱坐标型以及多关节型等。搬运机械手是一个自动化的设备，对搬运焊接以及装配等有着很大的作用，国内外都在不断研究搬运机械手，企业的生产经营走向自动化。本文设计的搬运手主要是用于冰箱 U 壳的搬运。 关键词搬运机械手 仿真设计 制作探讨 中图分类号：TP241.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0368-01 引言 机械手主要是代替人的手和胳膊去完成一些动作，根据固定工序进行抓取和搬运物品的一种机械电子装置。可以帮助人们有效生产，降低劳动强度。机械手在生产中运用越来越广
2、。 1、U 壳搬运机械手的结构设计 1.1 滑座部件结构设计 U 壳搬运手设备也是自动化设备，它的主要作用就是将冰箱 U 壳搬运到传送带上1。它的滑座部分支撑着设备的水平移动。衡器缸和 z 轴承载着设备的主要重量，但是它们之间的固定需要依靠滑座部件的中间部分，同时滑座中间部分的右侧还可以控制水平交流伺服电机和行星齿轮减速器，减速器和齿条的连接需要借助齿轮来实现。滑座在水平移动的最大距离为 1.5 米，并且滚珠丝不易于加工，以及它在市场上的价格比较高，所以选择齿轮齿条来减速。 1.2 z 轴结构设计 Z 轴结构是用于竖直移动。Z 轴结构的最左端是交流伺服电机，电机是维持设备的安全，因为它具有过载
3、能力且带有抱闸系统，一旦发生故障时，抱闸系统就可以对电机进行抱死2。与 z 轴相连的是片联轴器，它是有金属制作而成的，拥有减震和无需润滑和维护等特点。Z 轴系部件的左边有 2 个角接触球轴承，角接触球轴承可以对竖直的载荷进行抵消。Z 轴结构中间是丝杠螺母传动装置，特点就是损伤小和效率高。Z 轴系部件的设计原理是一端固定一端移动，轴的移动方向是经过严格控制的，它是由固定制成装置完成的。轴的伸缩变化时随着温度变化的，游动轴控制着温度。Z 轴两边运用直线的导轨，帮助 z 轴做竖直运动。Z 轴上有两个行程开关和光电开关，它的主要功能就是确定对竖直方向限位和竖直零位。1.3 开 1.3 合横梁结构设计
4、Z 轴和手爪的连接需要依靠开合横梁装置，开合装置依靠六组螺栓就可以实现和 z 轴的连接，并且它前后有依次有开合气缸，气缸上安装了传感器的端锁，这样气缸的位置就是由传感器进行控制的，端锁是固定气缸，避免气缸在停止运行时还会继续运动。装置的大臂和小臂在直线导轨上的水平运动需要气缸的引领。 1.4 夹爪结构设计 夹爪结构包括大臂和小臂以及手爪挡板。大臂上端连接开合横梁装置，并且连接处需要加强加固处理，这样就可以保证装置安全性能。大臂下段与小臂相连，它们之间的连接需要连接轴来实现的，小臂的转动是需要连接臂和连接轴之间相互配合才能完成的。小臂上端是挡板装置，它的主要作用是当小臂停止转动，减少小臂和大臂阻
5、尼撞击，达到减缓振动的作用。内支撑气缸和直线轴带动手爪挡板装置是用来帮助小臂进行夹持活动。开合气缸带动大、小臂对冰箱 u 壳进行夹持；小臂上的气缸保证 u 壳在夹持时，形状是完好的，所以它们的夹持都是由外而内进行的。 2、搬运机械手的仿真设计 2.1 小臂结构的仿真设计 为了满足生产需要通常将小臂的旋转过程时间控制在两秒以内，气缸的启动回路控制着进出口节流回路，所以通过控制调节节流阀的横截面积就能够对活塞运动速度进行控制，让小臂在两秒之内完成九十度的旋转，因为节流阀会影响活塞运动速度3。同时，小臂在旋转过程中，气缸力矩会大于或者等于重力矩，并且气缸力臂是在逐渐变小，重力力矩又不断变大，这就导致
6、小臂的加速度数值越来越小。同时旋转时间越长缓冲力越小，并且负载厚度和负载质量也越大。在这里选取旋转时间为 1.2 秒时，计算出负载厚度压迫保持在 0.66 米 ，负载质量要控制在50 千克，这时候的缓冲力就是 10429 牛顿，所以，通常设置小臂运动时间在 1.2 秒和 2 秒之间，负载厚度（U 壳厚度）保持在 0.49 米和 0.66 米之间，这就要求负载质量（冰箱质量）控制在 0 和 50 千克之间。这就可以分析出小臂的应力是够满足生产需求。 对小臂结构的仿真设计不仅表现在对冲击力的校核，同时还要对小臂变形与强度进行校核。小臂的强度校核主要是运用相应的模型和 ansys静力分析理论来完成的
7、。并运用相应的数学计算可以得出，小臂不易发生变形，无论使用环境有多恶劣，它都可以正常工作。 2.2 连接臂结构的仿真设计 连接臂的结构设计也需要 ansys 进行分析，ansys 分析程序包括：设计变量初始化，这就要求在进行分析前处理器应该根据设计变量的初始值进行输入；定义问题，前处理器的主要任务就制定出最优化的有限元模型；执行初始结构状态结构分析，应力和应变；力以及变形量就是来源于状态结构分析；获得计算结果，它的主要工作就是收集和存储目标函数和约束条件值；进行仿真设计分析，它的任务就是对相关文件以及变量和设计方法进行分析；结果输出，根据分析的数据绘制出相应的变化图表。根据相应的理论和运用 a
8、nsys 系统分析，可以得出在对小臂进行设计时 u，它的半径是九毫米，厚度保持在十三毫米之间。 2.3 支撑架结构的仿真设计 支撑架的仿真设计主要是通过对支撑架结构的瞬间动力学进行分析，得出它的振动幅度和的速度。在对支撑架结构进行仿真设计时，首先是通过运用软件 ansys 对支撑架建立相应的模型，并设计支撑架的参数。根据 ansys 软件分析的数据我们可以发现当 u 壳材料是 Q235 时，它的弹性木梁是 210000mpa，泊松比为 0.3，密度是 7850 千克每立方米。这就可以对支撑架进行瞬态动力学分析，并确定支撑架在不同冲击力喜爱振动幅度的变化以及支撑架的其他特点。 3、u 壳搬运机械
9、手的控制软件设计 3.1 机械手初始化 机械手初始化包括水平和竖直都归零，同时，所有的气缸恢复初始化。电机归零的方法可以通过对电机 2 坐标轴安装零位信号，并且在进行归零处理中选择先高速后低速的方式进行归零处理，归零处理一共要进过三次不同方向的瑰丽处理，才能达到让电机彻底的归零4。在首次归零处理时，就可以将正向高速归零；接着启动第二次归零程序，让反向的低速也归零，使用 puls 设置脉冲量，sped 决定着是否执行操作；最后一次归零处理时让它向正向低速归零，sped 是启动归零处理程序，ini则是让归零处理程序停止，这时候电机就彻底的归零 。同时，归零过程中脉冲值是在触摸屏中显示的，数值通过脉
10、冲传送到寄存器中，寄存器就将数值显示在触摸屏中。它们之间相互配合才使得电机归零顺利完成。3.2 触摸屏控制 搬运机械手的触摸屏控制是在气缸复位和机械手自动循环完成之后进行的，对触摸屏控制主要包括 u 型伴型号输入界面和主菜单界面以及手动运行和分布运行以及自动运行和坚实画面和系统设置5。其中，手动运行包括对伺服电机手动运行和气缸与吸盘手动运行，分布运行时针对自动循环单步运行，自动运行的主要包括：示教点参数设置 1 和示教点参数设置 2 以及自动运行调整界面，监视画面是对伺服电机坐标以及气缸与吸盘和系统故障报警实施监控，系统设置是对司机电机速度以及触摸屏系统的参数进行设置。 总结 U 壳搬运机械手的设计运用先进的科学技术，并应用了 ansys 等系统软件来帮助 u 型搬运机械手的设计，对支撑架和连接臂以及小臂的仿真设计中分析它们相应的参数。冰箱 u 型搬运机械手的仿真设计和制作，让冰箱 u 壳的搬运实现自动化，为企业生产经营提供便利。 参考文献 1 王建军.搬运机械手仿真设计和制作J.机械设计与制造，2012，09：146-148. 2 孙振燕.气动搬运机械手的机械结构设计思考J.装备制造技术，2014，03：126-127.
