【摘 要】
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随着近年来我国工业水平的快速提升,市场对热卷弹簧的需求也与日俱增。而现阶段我国生产加工热卷弹簧的主要方式为半自动化,很多工作需要工人手动完成,尤其是在加工时工人手动将热处理好的弹簧钢搬运到卷簧机上的这一过程中,裸露的弹簧钢存在着极大的安全隐患,同时这种手动运输弹簧钢的方式也会导致产品的一致性差、生产加工的效率低等诸多问题,因此为解决上述问题,本课题组设计研发了一套热卷弹簧钢自动传输装置。而在装置的
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随着近年来我国工业水平的快速提升,市场对热卷弹簧的需求也与日俱增。而现阶段我国生产加工热卷弹簧的主要方式为半自动化,很多工作需要工人手动完成,尤其是在加工时工人手动将热处理好的弹簧钢搬运到卷簧机上的这一过程中,裸露的弹簧钢存在着极大的安全隐患,同时这种手动运输弹簧钢的方式也会导致产品的一致性差、生产加工的效率低等诸多问题,因此为解决上述问题,本课题组设计研发了一套热卷弹簧钢自动传输装置。而在装置的实际工作中,由于其末端会受到外力的作用而使其产生一定的弹性变形,为定量分析这些实际变形对装置工作的影响,需要建立一个装置的末端综合刚度模型,同时该模型对装置后续的优化具有参考意义。首先,本文简要地介绍了热卷弹簧钢自动传输装置的基本结构,然后采用机器人学相关理论绘制出了该装置运动轴的分布简图并建立了D-H坐标系;根据相关参数计算得到相邻D-H坐标系间的坐标变换矩阵;介绍了雅可比矩阵的求取方法,采用微分变换法计算得到该装置的速度雅可比矩阵。接着,对导致装置末端产生弹性变形的三个变形环节逐一进行分析,并在各自的D-H坐标系内建立相应的刚度模型。对于装置的悬伸连杆构件以及终端夹持器采用有限元法,通过有限元软件分别建立两者的刚度模型;对于装置的运动机构,首先通过解析法探寻到这些机构受到外力最大的位姿,然后通过进行运动机构的刚度辨识试验来求取各机构的刚度,并将这些刚度组合起来构成运动机构的刚度模型。然后介绍了机器人学中的弹性小变形的基本原理,通过该原理可知装置的末端综合刚度模型是由装置的各变形部分的刚度模型在装置末端的D-H坐标系内的表示通过线性叠加得到的。针对悬伸连杆构件,采用力平移定理以及虚功原理来求取其刚度模型在装置末端的D-H坐标系内的表示;通过微分变换以及数学求导的方式引入了增补刚度矩阵并得了到运动机构的刚度模型在装置末端的D-H坐标系内的表示;终端夹持器的刚度模型本身就建立在末端D-H坐标系内。最后,运用ANSYS软件分别对装置在4个工作位姿进行静力学仿真,将仿真结果与通过刚度模型得到的末端变形情况进行对比,误差都在10%以内,证明所建立的综合刚度模型具有较高的准确性和有效性,可以用来指导装置后续的优化改进工作。
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