機(jī)械臂及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)---高剛度及高密度-資料下載頁(yè)
2025-01-12 05:53本頁(yè)面
【正文】 圖 13）是 把式（ 38）和（ 31）代入式（ 29），發(fā)現(xiàn) K3 是等效剛度。把式（ 26）和式（ 27）代入式（ 39），等效剛度可 改寫(xiě)為 單管與三管配置的比較 為了驗(yàn)證先前開(kāi)發(fā)部分的理論，為了獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)三管的結(jié)構(gòu)用以下特性進(jìn)行測(cè)試。 在對(duì)三管結(jié)構(gòu)制造中，把其焊接在兩個(gè)法蘭盤(pán)每個(gè)的末端。在管的長(zhǎng)度和每個(gè)凸緣的平直度上保留一定量公差，因?yàn)檫@些尺寸對(duì)偏轉(zhuǎn)有直接的影響。三管結(jié)構(gòu)的端部被固定，而另一端被 用凸緣加載和偏轉(zhuǎn)。剛度是通過(guò)偏轉(zhuǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)的斜率來(lái)計(jì)算的。 該結(jié)構(gòu)還利用有限元計(jì)算機(jī)程序建模（ ANSYS）。每個(gè)管是用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中的邊界條件指定每一組的端節(jié)點(diǎn)來(lái)建模的。偏轉(zhuǎn)在一端，作圖在另一端。剛度（扭轉(zhuǎn)彎曲）從斜坡曲線(xiàn)中計(jì)算 出。把有實(shí)驗(yàn)得到的扭轉(zhuǎn)剛度的結(jié)果與通過(guò)從 ANSYS和理論計(jì)算式（ 40）中的結(jié)果相比較。結(jié)果列于表 1 中。類(lèi)似的彎曲剛度的結(jié)果列于表 2 中。 對(duì)于三管結(jié)構(gòu)， 一個(gè)顯著地增加是在彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度中，且管的中心被進(jìn)一步定為到三角形的中心（圖 11b 中 r 的增加）。在扭轉(zhuǎn)情況下，增加更加顯著。觀(guān)察到三個(gè)管件的剛度的增加是從 r= 英寸（ 15 毫米）到 r= 英寸（ 43 毫米）（ 32%的增幅在扭轉(zhuǎn)剛度和 %的增幅在彎曲剛度）。 通過(guò)保持 英寸（ 30 毫米）的三管配置在 s=3 英寸（ 76 毫米）下，彎曲剛度的增幅是顯著地（ 從 11134 到 16035— 13%），但是扭轉(zhuǎn)剛度的增加不顯著 （從311 到 324— 4%）。比較單管與三管的剛度，考慮一個(gè)單管的剖面積相等（面積= 平方英寸）具有以下屬性。 理論扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度呈現(xiàn)在表 3 中。對(duì)同樣的重量，三管結(jié)構(gòu)（ r=英寸）是 倍的彎曲剛度比單管。在扭轉(zhuǎn)剛性上的損耗，并不顯著（ %）。 方程（ 40）可以改寫(xiě)成無(wú)量綱形式 圖 14 顯示的是 r 和 s 在扭轉(zhuǎn)剛度上對(duì)三管的影響。注意到 s 的值越大，距離 r 對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度的影響小，但是 s 的值越小， r 的影響就越大。 添加在兩端間的保持 托架鏈接有助于三管配置的扭轉(zhuǎn)剛度。如前圖 3 描繪的一樣，保持托架對(duì)單管配置沒(méi)有影響。 結(jié)論 預(yù)應(yīng)力在機(jī)械連接中對(duì)剛度的轉(zhuǎn)變要落實(shí)到對(duì)六軸，高精度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)中。預(yù)應(yīng)力要求增加彎曲剛度。剛度的增加允許設(shè)計(jì)出質(zhì)量輕，精度高的機(jī)械手結(jié)構(gòu)。 三管配置被使用于柱狀節(jié)理的構(gòu)造中，且允許輕型鏈接的構(gòu)造中。通過(guò)比較三管配置比單管配置有更小的彎曲剛度，但略有損耗在 扭轉(zhuǎn)剛度上。研究表明，扭轉(zhuǎn)剛度的損失與抗彎剛度的增益相比可以忽略。分析三管配置的扭轉(zhuǎn)剛度通過(guò)實(shí)驗(yàn)與通過(guò)建立有限元模型計(jì)算 得到的結(jié)果比較。進(jìn)一步的比較需要在柱狀節(jié)理和雙旋轉(zhuǎn)接頭（彎頭）在剛度上的比較。這篇論文中的分析和具體落實(shí)到UTI 臂的目的是為了提供一個(gè)更好的了解機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)思路。 該機(jī)械手 在制造環(huán)境中被用于微型零件的組合生產(chǎn)。由于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的高剛度質(zhì)量比，操縱器非常適合于執(zhí)行高速組裝如果安裝上適當(dāng)?shù)目刂扑惴?。目前它已運(yùn)用于為殘疾人士發(fā)展建立機(jī)器人輔助工作站的研究。 致謝 這項(xiàng)研究由 UTI 公司贊助支持。作者對(duì) 弗洛伊德 Crafl，塞爾溫 辛普森，邁克 費(fèi)雷爾，戴夫 車(chē)庫(kù)，特麗 Romech 表示感謝他們把設(shè)想變成工作機(jī)。 參考文獻(xiàn)
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