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机械手臂论文

2017-08-01 10:13:57  字体:   打印 收藏 

摘 要:智能机械手臂造型设计研究 摘要:现阶段的机械手臂控制方法忽略了外部环境中动势能等不定性因素在机械手臂运行中的影响,致使机械手臂位姿不准确,定位精度低,自由度扩展性弱。本文对机械手臂智能角度控制方法进行了研究。通过对外部环境不定性参数进行分析建

关键词:机械手臂论文


  智能机械手臂造型设计研究

  摘要:现阶段的机械手臂控制方法忽略了外部环境中动势能等不定性因素在机械手臂运行中的影响,致使机械手臂位姿不准确,定位精度低,自由度扩展性弱。本文对机械手臂智能角度控制方法进行了研究。通过对外部环境不定性参数进行分析建立数学模型转化动能与势能对机械手臂运动的影响。

  关键词:机械论文发表

  前言

  作为一种智能化程度较高的生产制作工具,智能机械手臂在近期得到了广泛的应用和长足的发展。研究智能机械手臂的造型设计,能够更好地完善机械手臂的外观,从而更好地与其功能相融合。本文从介绍其造型设计的特点着手研究。

  1.智能机械手臂造型设计特点

  1.1功能原理对造型的影响

  智能机械手臂的功能依附于机构工作原理而实现。目前市场上常见的机械手臂有多轴和三轴等,尤其以六轴机械手臂应用较为广泛。在造型设计时需先确定机械手臂大致形态与结构比例,再考虑各个关节的连接方式、造型元素、细节形态及图形化设计等。机械手臂造型可采用全包裹式或半包裹式,双臂式或单臂式,都以功能需求为造型基础。产品形态是表达产品设计思想与实现产品功能的语言和媒介。在造型创新的过程中,考虑机械手臂的关节结构及传动规律,在此基础上进行造型设计才具有实际意义。

  1.2造型特点对比分析

  (1)同一品牌的产品设计具有家族化色彩偏好及造型曲线偏好,在保证功能与审美的基础上融入产品族造型基因。产品族设计是企业竞争的有效手段,使产品能获得统一的家族特征。

  (2)轻载机械手臂与重载机械手臂的造型元素选择具有差异性,轻载机械手臂重视灵活精确,因此多采用线元素来塑造,强调形态的轻松、灵动,采用双臂设计将关节电机内置;重载机械手臂重视力量感与安全可靠性,造型多采用体元素与较宽大的面元素来凸显产品厚重感。同时采用较大的基座设计,一方面符合载重需要,另一方面使视觉重心下移,下降的视觉感官是稳定、可靠的,凸显了造型的力量感,增加人对机械手臂载重可靠性的心理感受。

  2.智能机械手臂设计中的主要构成

  2.1执行机构

  (1)手部:手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴,可把运用传给手腕,以转动、伸曲手腕、开闭手指。机械手手部的构造系模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等,其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。

  (2)手臂:手臂的作用是引导手指准确地抓住工件,并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作,手臂的三个自由度都要精确地定位。

  (3)躯干:躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。

  2.2驱动机构

  (1)液压驱动式:液压驱动式机械手通常由液动机、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统,由驱动机械手执行机构进行工作。通常它的具有很大的抓举能力,其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好,但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能,否则漏油将污染环境。

  (2)气压驱动式:其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成,其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制,气压不可太高,故抓举能力较低。

  (3)电气驱动式:电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便,响应快,驱动力较大,信号检测、传动、处理方便,并可采用多种灵活的控制方案。

  2.3控制系统

  控制系统可根据动作的要求,设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储,然后再根据规定的程序,控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中,如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内;位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等;集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内,如磁带、磁鼓等。这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合,即连续控制的情况下使用。

  3.造型设计规律分析

  3.1形态仿生曲线运用

  机械手臂形态设计要体现力量与美感的双重诉求,需从点、线、面、体等形态元素中体现。德国KUKA公司推出的重载机械手臂承载力可达1300kg,外形采用了仿生学设计,曲线较为平滑、舒展流畅、整体感强,充满了向上的张力。瑞士ABB公司的重载机械手臂,最大承载力500kg,相比之下,该形态曲线转折较多,大量折线的运用使机体轮廓线较为琐碎,削弱了机体线条的流畅性。

  3.2色彩运用

  色彩依附于产品形态而存在,人对造型设计的第一印象来自其色彩。机械手臂一般采用具有一定辨识度的色彩作为产品主色调,增强品牌的识别度。意大利COMAU公司生产的机械手臂,选用红色作为主色调,体现了意大利文化中的奔放、热情;德国KUKA公司生产的轻载机械手臂,选用浅色为主色调,表达质轻、高效、灵动的特征,同时可缓和视觉紧张感,局部采用高纯度亮色作为点缀,强化视觉中心,增强产品的色彩节奏感。产品色彩的选择需考虑与环境色的搭配,可使场景功能区分明确,色彩对比分明,营造严谨的工作环境。

  3.3材料与质感的运用

  机械手臂的外壳材料需保证一定的强度要求,并体现材质感。德国KUKA公司生产的工业机械手臂,采用新型碳纤维加强材料,机身质量较轻但强度却很高,同时能保持具有一定光泽度的质感。日本YASKAWA公司仿生家用双臂机器手,机身采用哑光浅色塑料,手臂采用高光泽度亮色塑料,给人轻巧、亲和的感觉。

  4.结束语

  通过对智能机械手臂造型设计的相关研究,我们可以发现,作为一种实际应用效果良好的人工替代工具,智能机械手臂的造型可以进行更深度的优化。有关人员应该根据智能机械手臂的实际应用环境,研究制定最优化的造型设计方案。

  参考文献:

  [1]蒋新松.未来机器人技术的发展方向[J].机器人技术与应用,2012(02):2-5.

  [2]蔡自兴.21世纪机器人技术的发展趋势[J].南京化工大学学报,2010(24):73-77.

  [3]刘燕,刘洋.基于变柔性关节的机械臂运动误差研究[J].机械设计,2010(12):62-65.

  [4]张成忠.工业设计工程基础II――创意机构设计[M].北京:高等教育出版社,2011:590-592.

  [5]苏建宁,张书涛,等.产品意象造型设计关键技术研究进展[J].机械设计,2013(30):97-100.

  作者: 杨志龙

  机械论文范文文献资源参考:http://www.qikanol.com/jixie/

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