搬砖机械手的动力分析及结构优化.docx

LIU Jun, GAO Le, FAN Yong-wei中图分类号：TP241 文章编号：1009-0134(2011)8(下)-0010-04吨 / 小时，搬砖速度要求每 3S 完成一个工作循环，因此，为了快速动作，该码垛机械手采用气源方FANUC 提供的 M-420iA 高速四轴码垛机器人如图 1 所示，能实现各个行业的后段码垛单元，其敏捷的动作可以实现高生产节拍的要求。在满足高性能要求的同时，FANUC 机器人紧凑型、轻量化的设计大大减少了安装难度和占地面积。基于此机器人本体的末端执行装置结构由六块夹板和支架组成如图 2 所示，支架有两根平行主梁，图1 FANUC M-420iA 机器人基金项目：国家高技术研究发展计划（863）资助项目（2007AA041600）；上海市教育委员会重点学科资助项目（J51902）作者简介：刘俊（1971），女，副教授，在读博士，研究方向为机电一体化。 4µµ图3 夹板受力分析简图设夹板 1 和砖块的质量分别为 m ，m ，夹板 112的宽度为 b；机械手绕轴 1，2 的最大回转半径分别为 R、r；轴 1，2 的最大角速度、角加速度为和 ， ；砖块对轴 2 的转动惯量分别为J 。11222123 12有限元模型施加总载荷 562.94N，夹板连接处应力122122a板的最大位移为 1.90mm 如图 4(b）所示，在夹板2esaa8mm 夹板如不做结构改进，不能满足应力和变形要求。1233.2 夹板结构优化设计4为进一步减轻重量，在原先设计的夹板上进 行 打 孔 处 理， 分 析 得 到 框 架 的 最 大 应 力 为323.70Mpa，变形为 1.91mm，应力和形变都稍有增大。然后在夹板与机械手上部连接部位增加两块加强筋，如图 5 所示。图5 打孔、增加加强筋的夹板分析后得到的应力和位移如图 6 所示。由分（a）图4 机械手夹板的应力和变形图 2 侯印伟.从发展低碳经济看UV平板喷绘机的优势J. 丝3 陈新伟.三维喷绘机器人喷墨机理研究M.天津: 南开大4 Gazeau Jean-Pierre,Zeghloul Said,Ramirez-TorresGabriel. A novel 5-axis robot for printing high resolutionpictures from media on 3D wide surfacesC.InternationalConference on Industrial Technology, 2009, 1-6.5 陈省身,陈维桓.微分几何讲义M. 北京: 世界图书出版（a）图6 打孔、增加加强筋的夹板的应力和变形图手的重量，降低了生产成本，提高了工作效率。参考文献：在码垛机械手的设计中，动力分析与结构优化至关重要，本文以某公司设计、生产的基于高速四轴码垛机器人的搬砖机器人的末端执行装置 ( 机械手 ) 为研究对象，从动力学的角度，详细分析了机械手的动态载荷，以此为基础，运用有限元分析软件 UG Nastran 对机械手在搬砖运动的状态进行受力分析，对夹板结构进行了优化和校核，在满足结构强度和刚度前提下，减轻了机械2 付铁, 李金泉, 杨向东, 丁洪生. 新型码垛机械手的动态载荷计算与选型J. 北京理工大学学报, 2008.化J, 机械设计与制造, 2010.及技术特点J. 机器人技术及应用, 2001.