注塑机专用五轴机械手悬臂的有限元分析
基于HyperWorks的机械手主悬梁有限元分析及结构优化
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·24·2020年第18期文章编号：2095－6835（2020）18－0024－02基于HyperWorks的机械手主悬梁有限元分析及结构优化周永，王硕煜，陆志忠（安徽马钢表面技术股份有限公司，安徽马鞍山243000）摘要：基于HyperWorks对主悬梁进行了强度分析，依据计算结果，针对主悬梁材料冗余问题，进行了结构优化设计，并对优化方案进行了有限元强度分析，验证了主悬梁结构优化设计方案的有效性。
关键词：主悬梁；有限元分析；优化设计；HyperWorks中图分类号：U415.5文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.18.009机械手是能模仿人手的动作，在驱动系统和控制系统配合下完成某些抓放、搬运物件或操持工具等工作的自动机械化装置，在机械加工生产中已广泛应用于材料的搬运等工作，能有效降低生产成本，改善工人劳动条件，提高生产效率[1]。
针对圆柱体类毛坯在环形加热炉的自动上下料问题，设计了一种环形加热炉装出料机械手，采用三维设计软件INVENTOR进行三维设计，并利用有限元分析软件HyperWorks对机械手关键受力零部件进行有限元分析和结构优化设计，为机械手结构设计的可靠性和合理性提供依据。
1有限元模型的建立1.1三维模型的建立机械手机构主要是机械手臂，它控制机械手的伸缩运动和升降运动，所以为了方便分析，这里先不考虑机身的旋转，把机身看作固定的，各部分结构简化成基本杆件，得到机械手平面机构简图。
由动力学仿真分析可知机械手运动过程中主悬梁受力最大，所以，对主悬梁进行有限元分析研究，利用三维建模软件INVENTOR建立主悬梁三维模型。
1.2网格划分在HyperWorks分析模块中，分析计算的是有限元模型而不是几何模型，所以需要对几何模型进行网格划分。
有限元划分就是将连续体进行离散化，利用简化几何单元来近似逼近连续体，然后根据变形协调条件综合求解[2]。
注塑机械手的结构设计与力学性能分析
2、输入输出接口设计输入输出接口是控制系统与外部设备进行信息交互的 通道。针对注塑机械手的特点，需要设计相应的输入输出接口，包括传感器接口、 按键接口等，以实现对外部信息的实时采集和设备的控制。
3、主控芯片选择主控芯片是控制系统的核心部件，需要具备高性能、高可 靠性、易于编程等优点。根据实际需求，可以选择常用的微控制器（如STM32、 PLC等）作为主控芯片。
结构设计
1、整体设计注塑机械手的结构设计需考虑整体稳定性、操作灵活性以及易 于维护性。基于这些要求，通常采用关节式结构，由肩部、大臂、小臂和手部等 部件组成，实现绕轴旋转、伸缩和俯仰等动作。此外，还需合理分配各部件的质 量，以保证机械手的动态性能。
2、部件设计 （1）肩部：肩部是机械手的支撑部件，需要承受较大的载荷， 因此需具有足够的强度和刚度。通常采用金属材料制造，并设计为关节式结构， 以实现绕轴旋转和俯仰等动作。 （2）大臂：大臂是机械手的主要承力部件，需 要具备一定的刚度和强度。为确保大臂的稳定性，通常采用较粗的管材制造，并 设计有加强筋，以提高其抗扭能力和承载能力。 （3）
4、算法实现算法实现是控制系统的关键部分，需要根据机械手的工作特性 和控制要求，选择合适的控制算法（如PID控制、模糊控制等），并进行软件编 程实现。此外，还需进行调试和优化，以确保控制系统的稳定性和准确性。
实验验证
为验证注塑机械手的结构设计与力学性能分析的可靠性和有效性，需要进行 相应的实验验证。实验过程中，需要对机械手进行实际装配和调试，并进行性能 测试。例如，通过实验测试机械手的抓取力、运动速度、定位精度等指标，以验 证结构设计是否合理、力学性能是否满足要求。同时，实验过程中还需对控制系 统进行测试，验证控制系统的稳定性和准确性。
实验结果需进行详细的数据分析，以确定结构设计和力学性能分析的优劣， 并提出改进建议。
注塑机械手的结构设计与力学性能分析
注塑机械手的结构设计与力学性能分析发布时间：2022-10-23T05:13:13.036Z 来源：《科技新时代》2022年9期5月作者：吴鹏[导读] 目前，我国的中小型注塑企业还主要依靠人工进行上下料工作，随着国内外注塑行业的快速发展吴鹏青岛海佰利机械有限公司山东省青岛市 266706摘要：目前，我国的中小型注塑企业还主要依靠人工进行上下料工作，随着国内外注塑行业的快速发展，传统的人工上下料已经无法满足工业化的需求，运用机械手代替人工已成为一种趋势，注塑机械手能够达到高效率、高质量的加工生产。
关键词：注塑机械手；设计；策略前言：注塑机械手是由多个零部件组成的复杂动力学系统，在对某个零部件进行轻量化优化设计时只是对该系统的局部进行改善，没有从整机的层面去考虑，因此无法全面提高机械手的整体性能。
为了提高注塑机手的整机性能，在优化过程中需要采用基于整机的优化设计方法，而不是只针对单个部件结构进行的。
1、注塑机械手的组成和分类1.1执行系统机械手抓取或放下制品、实现各种操作运动的系统，由手臂、手腕和手部等部件组成。
手部是用来抓取模型的部件，根据被抓取模型的形状、重量、尺寸、材料和工作环境可以有不同的结构形式，比较常见的为吸附型和夹持型。
根据运动方式运动机构有升降型、伸缩型、旋转型等，运动机构可以驱动手部完成移动、转动或者两者的复合运动来实现需要的动作，来抓取不同位置和姿势的模型。
1.2驱动系统为执行系统的各部件提供动力的系统，有气动、电动、液压及机械等形式。
目前比较常用的是气动、液压和电动三种形式。
气动式速度快、结构简单、成本低、有较高的重复定位精度；电动式速度快、可实现连续控制、定位精度高、但结构复杂且成本较高。
液压式驱动力比较大，定位精度高，可连续控制，但是容易漏油，维修不易且易造成污染。
1.3控制系统通过对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的工作要求进行操作，并对执行系统的动作进行修正的系统，一般包括位置检测装置和程序控制部分，通常采用点位控制和连续轨迹控制两种方式口3。
基于机械手悬臂的静力学分析
基于机械手悬臂的静力学分析作者：刘邦雄来源：《科技创新与应用》2019年第17期摘; 要：注塑机机械手是一个相对比较复杂的机械结构系统。
在整个的机械结构系统中，机械手的主臂和副臂固定在悬臂末端上，因而悬臂结构是整个机械手承重、受力的重要部件。
文章对悬臂进行静力学分析，通过静力学分析得到了挠度的最大变形量，为机械手结构的设计提供了参考价值。
关键词：机械手;悬臂;挠度;静力学分析中图分类号：TQ320.5 文献标志码：A; ; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）17-0074-02Abstract： The manipulator of injection molding machine is a relatively complex mechanical structure system. In the whole mechanical structure system， the main arm and auxiliary arm of the manipulator are fixed on the end of the cantilever， so the cantilever structure is an important part ofthe load bearing and stress of the whole manipulator. In this paper， the static analysis of thecantilever is carried out， and the maximum deformation of the deflection is obtained through the static analysis， which provides a reference value for the design of the manipulator structure.Keywords： manipulator; cantilever; deflection; static analysis引言在工业流水线工作过程当中，许多岗位依赖着工人的技能和体力，具有劳动强度大、生产效率低下、产品质量不好等几大难题，因此各大制造行业纷纷引进自动化设备[1]。
注塑机动定模板有限元分析及其结构优化
例 中模 具 长 宽 的 值 约 为 模 板 导柱 内距 的 ２ ３ 厚 度 为 ／， ５ ｍ 全局 接 触 选 择 “ 穿 透 ” 。 ｍ。 无
析 ，所 以在装 配 模型 的处 理 结果 中隐藏 了导 柱和 模具
的 数 据 。 根 据 家 对 球 翠 铸 铁 的 ’ 验 收 标 准 只 对 抗 般 托 强 度 和 延 伸 率 有 所 规 定 ， 故 在 应 力 分 析 结 果 中通 常 选择 “ 第 主 要 应 力 （ １ ” 。 另 外 ，通 过 探 测 主 形 Ｐ ） 变线 在ｚ 向 （ 方 与模 具 受 力 方 向相 同 ） 的位 移 量 ， 町 以 清 楚 直 观 地 了解 模 板 面 的 变 形 情 况 。动 定 模 板 受 力 及
２ 传 统 合模 机 构 模 板 的 受 力 变形 分 析
注 塑机 的合 模 机构 ‘ 股 分 为 曲肘 式和 直压 式 。 曲 一 肘 式合 模机 构 ，足通 过肘 杆及 拉杆 的变 形产 生合 模力 的 。而 直压 式合 模机 构 ，是 由合模 油缸 直接 提供 合模
开裂 为准则 。这 样 的设计 理念 ，往往 是忽 略模 板表 面 变形对 合模 力的影 响 的。而在 实 际生 产 中 ，正 是 由丁 模板表 面 的变形 ，使 合模 力 下 降和 模 具受 力不 均 ，从
Ｓ ｉｌｎ ｕＪａａ ｇ （ ｅ ｌｓｉｓ ａ ｈｎ ｒ ．ｔ ． ｏｈ ｎ ５ ８ ０ ，Ｃｈｎ Ｃｈ ｎ ＤｅＰ ａｔ ｃ ｉ ｅｙＣｏＬ ｄ ，Ｆ ｓ ａ ２ ３ ０ ｃＭ ｉａ）
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｔ ａ ｔ Ｔｈｅ ｅ ｏｒ ａ ｉ ｆ ｔ ａ ｅ ｏ ｌ ｍ ｐｉ ｎｉ ｎｄ ｄｉ ｔ ｉ ｕｔ ｏ ｌ ｍ ｐｉ ｏｒ ｅ ａ ｅ ｐｒ ｎｃ ｐａ ｄ ｆ ｍ ｔｏｎ ｏ ｈｅ ｐｌ ｔ ｎｓ ｆ ｃ ａ ｎｇ ｕ ｔ ａ ｓ ｒ ｂ ｉ ｎ ｏｆ ｃ ａ ｎｇ ｆ ｃ ｒ ｉ ｉ ｌ ｅ ｅ ｅ ｔ ｗ ｈ ｃ ｉｌｉ ｌｕｅ ｅ ｍ ｏ ｄｉ ｇ ｏ ｒ ｌｍ ｎ ｉ ｈ ｗ ｌ ｎｆ ｎｃ ｌ ｎ ｆ ｐ ｏｄｕｃ ． ｈｅ ｂａ ｉ ｎａ ｙ ｉ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｏｒ ａ ｉ ｎ ｒ ｄｉｉ ｎａ ｔ Ａｔ ｔ ｓｓ ｏｆ ａ ｌ ｚ ｎｇ ｓ ｒ ｓ ｎｄ ｄ ｆ ｍ ｔｏ ｏｆ ｔ ａ ｔ ｏ ｌ ｐ ａ ｅ ｎ ｔ ｓ ｐａ ｒ ａ ｎｅ ｏ ｅ ｏ ｉ ｐｒ ｅ ｐｅ ｏ ｍ ａ ｅ ｏ ｈｅ ｐ ａ ｅ ｉ ｅ ｉ ｒ ｌ ｔ ｎｓｉ ｈｉ ｐｅ ， ｗ ｃ ｎｃ ｐｔｔ ｍ ｏｖ ｒ ｒ ｆ ｎｃ ｆ ｔ ｌ ｔ ｎｓｗ ｌ ｂ ｎｔ ｏｄｕ ｅ ｌ ｃ ｄ．
五轴机械手的力学情况分析
五轴机械手的力学情况分析资源使用效率情况的重要衡量标准，即在生产材料、劳动力和生产设施等方面花费相同的成本，最终体现在能够生产多少产品。
在早期的制造行业中，企业为了提高自己生产效率，采用提高人员的使用量来增加生产效率，也就是由人组成大规模的生产流水线，人员的配用增多，这也就直接导致企业的生产成本大幅度提高。
随着科学技术的不断发展，越来越多的产品制造过程中机械人在其中扮演重要的角色，但在使用过程当中还是存在很多问题。
机械人在工作期间，主要是使用机械手臂，所以对机械人手臂的研究是非常必要的。
长期以来，归根到底困扰此项研究的根本问题是机械人手臂的力学分析问题，该问题体现在机械手的数学建模，以及复杂的计算问题等。
对机械手力学分析的方法有很多种，比如最常见的基于拉格朗日方程分析，凯恩方法，旋转代数法和牛顿欧拉方程等。
拉格朗日是方程式在牛顿力学上的一种拓展形式，在处理问题中的着眼点不同。
它参考的是整个力学系统作为自己的研究对象，通过引入广义坐标来描述质点的位形，着重于对整个系统中的能量的概念，用该方程处理问题的时候就不用考虑方向问题，采用能量变化来解决问题，这相对于用牛顿方程就大大减少了解决问题所列的方程数目，降低了问题的难度。
在建模方法上也可以直接和电脑软件对接，如ANSYS、ADAMS等，同时该方程的列出不涉及约束力，直接与主动力和运动建立关系，所以在处理此类问题时深受大家的欢迎。
1 物理学模型拉式方程分析拉格朗日方程可以根据达朗贝尔原理得出即：从上式我们可以看出，拉格朗日方程分析问题的过程当中，考虑了能量变化，以能量的变化来解决力学问题，这样就大大简化了过程当中矢量方向判断问题，从而简化了解决问题的难度。
将机械手看做为整体，那么个整体所受到的动、势能和就应该等于机械手个部分能量的综合，即：式7和式8分别为机械手系统总动能和总势能，机械手各部分的能量转化情况是不同的，但是对整个系统来说多少是不变的。
2 广义力方程的推导有了总动能和总势能，可以根据式（1）由达朗贝尔原理导出拉格朗日函数，推导出机械手整个系统的拉格朗日方程函数：最终得到是广义力的方程，利用广义力方程我们可以了解机械手在工作时期的力学情况，机械手在工作的过程当中，如果末端执行器的移动速度越快，那么他在各个关节部件所受到的力就越大，这就要求我们在这部分零件的选取予以强度和韧性的考虑。
悬臂式机械手研究报告
悬臂式机械手研究报告一、引言悬臂式机械手是一种常见的工业机械设备，用于在狭小空间或高难度环境下进行物体的抓取、搬运和操作。
本文将对悬臂式机械手进行深入研究，探讨其原理、结构和应用领域。
二、悬臂式机械手的原理和结构悬臂式机械手由底座、臂杆、关节和末端执行器等组成。
底座通过电机驱动，使机械手在水平方向上旋转；臂杆由多个关节连接，通过电机或液压缸驱动，使机械手在垂直方向上进行伸缩；关节通过电机或液压缸驱动，使机械手的各个部分实现灵活的运动；末端执行器通过电磁铁或夹爪等装置，完成对物体的抓取和操作。
三、悬臂式机械手的应用领域悬臂式机械手广泛应用于工业生产线、仓储物流、医疗卫生、军事领域等多个领域。
在工业生产线上，悬臂式机械手能够代替人工完成繁重、危险的工作，提高生产效率和安全性；在仓储物流中，悬臂式机械手能够实现对货物的自动化搬运和分拣，节省人力资源；在医疗卫生领域，悬臂式机械手能够辅助医生进行手术操作，提高手术成功率和患者安全性；在军事领域，悬臂式机械手能够用于搬运和处理危险物品，减少军人的伤亡风险。
四、悬臂式机械手的优势与挑战悬臂式机械手具有以下优势：首先，它能够完成人工难以完成的高难度任务，提高工作效率；其次，它能够代替人工从事危险工作，保障人员安全；再次，它能够在狭小空间内工作，灵活性高；最后，它能够根据需要进行自动化控制，实现无人化操作。
然而，悬臂式机械手也面临一些挑战。
首先，由于机械手的结构复杂，故障率较高，维修和保养成本较高；其次，机械手的操作需要经过专业培训，操作人员的素质要求较高；再次，机械手的精确度和稳定性对环境的要求较高，需要保证工作现场的安全和稳定性。
五、结论悬臂式机械手作为一种重要的工业机械设备，在现代生产中扮演着重要角色。
通过对悬臂式机械手的原理、结构和应用领域的研究，我们可以更好地了解和利用这一技术，提高生产效率和安全性。
然而，悬臂式机械手也面临一些挑战，需要持续的研究和改进。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计多功能机械臂是一种能够完成多种任务的机械装置，可以在工业生产线上进行物料搬运、装配、焊接等工作。
为了能够满足不同的应用需求，传统的机械臂设计通常采用六自由度结构，即具有六个独立驱动轴。
随着人工智能和机器学习的发展，对机械臂的要求越来越高，例如执行精确的操作、完成复杂的任务等。
提出了五自由度桌面级多功能机械臂设计的概念。
五自由度桌面级多功能机械臂设计的首要目标是实现紧凑的结构和高精度的控制。
在结构设计上，可以采用轻量化的材料和紧凑的机构布局，以减少整体尺寸和重量。
五个自由度分别包括三个旋转关节和两个平移关节，旋转关节和平移关节可以通过电机驱动和传动装置实现运动。
通过合理的结构设计，可以最大程度地减小机械臂的体积和质量，并且提高机械臂的刚度和稳定性。
在控制系统设计上，可以采用先进的传感器技术和自适应控制算法，以实现高精度的位置控制和力控制。
可以在机械臂的末端装配视觉传感器和力传感器，通过对工作环境的感知和力量反馈，实现对机械臂运动的精确控制。
还可以使用机器学习算法对机械臂进行学习和优化，以适应复杂的工作场景和环境变化。
五自由度桌面级多功能机械臂的设计还应考虑到安全性和人机交互性。
在安全性方面，可以在机械臂的关节和末端装配接近传感器和碰撞检测装置，以及相应的自动停机装置，以确保机械臂在遇到障碍物或危险情况时能够自动停止运动。
在人机交互性方面，可以通过触摸屏等人机界面，实现对机械臂的简单和直观的操作。
五自由度桌面级多功能机械臂设计是一种结合了先进的结构设计、控制系统和人机交互技术的机械臂设计方法。
通过合理的结构设计和精确的控制系统，可以实现高精度、高效率和高可靠性的工作。
还可以根据实际应用需求，对机械臂进行模块化设计和定制化开发，以满足不同行业和领域的需求。
五轴机械手运动学
五轴机械手运动学五轴机械手是一种多自由度的机械装置，它由五个旋转关节构成，可以实现复杂的运动。
运动学是研究机械手的运动规律和轨迹的数学理论。
本文将介绍五轴机械手的运动学原理和应用。
五轴机械手的五个关节分别控制机械手在空间中的位置和姿态。
它们分别是基座关节、肩关节、肘关节、腕关节和末端执行器。
这五个关节通过电机驱动，可以实现机械手的灵活运动。
机械手的运动学原理基于坐标系和旋转矩阵的理论。
坐标系是用来描述机械手在空间中位置和姿态的数学工具。
机械手的末端执行器坐标可以由基座坐标和各个关节的旋转角度来确定。
旋转矩阵是用来描述坐标系之间的变换关系的矩阵，通过旋转矩阵可以将机械手的运动转换为关节的旋转角度。
五轴机械手的运动学可以通过正运动学和逆运动学两个方面来描述。
正运动学是指根据机械手的关节角度，求解机械手末端执行器的位置和姿态。
逆运动学则是根据机械手末端执行器的位置和姿态，求解机械手各个关节的角度。
正运动学和逆运动学是机械手控制中最基本的问题，解决了这两个问题，就可以实现对机械手的精确控制。
在实际应用中，五轴机械手具有广泛的应用领域。
它可以用于工业生产线上的零部件组装、焊接和搬运等任务。
机械手的高精度和高速度使得它可以完成一些人工难以完成的工作。
此外，五轴机械手还可以应用于医疗手术、食品加工、仓储物流等领域。
然而，五轴机械手的运动控制也面临一些挑战。
由于机械手的关节角度和末端执行器的位置之间存在非线性关系，因此需要进行复杂的运动规划和控制算法。
此外，机械手在运动过程中还需要考虑避障和碰撞检测等问题，以确保工作环境的安全。
五轴机械手的运动学是研究机械手运动规律和轨迹的重要理论。
通过正运动学和逆运动学的求解，可以实现对机械手的精确控制。
五轴机械手在工业生产和其他领域具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
未来随着控制算法和传感器技术的不断发展，相信五轴机械手将在更多领域展现其巨大潜力。
五自由度桌面级多功能机械臂设计
五自由度桌面级多功能机械臂设计一、机械臂的结构和工作原理五自由度桌面级多功能机械臂通常由基座、臂段、关节和末端执行器等部分组成。
基座通常用来支撑整个机械臂，臂段则是机械臂的主要结构部分，关节可以使机械臂进行柔性的动作，末端执行器则是进行各种操作的工具。
机械臂的工作原理主要是通过控制各个关节的运动来实现机械臂的运动，实现各种任务的完成。
二、机械臂的设计要点1. 结构设计：五自由度桌面级多功能机械臂的结构设计需要考虑机械臂的稳定性、承载能力和灵活性。
机械臂的结构设计还需要考虑材料的选择、连接方式等因素，以保证机械臂在工作过程中能够稳定可靠地进行各种动作。
2. 关节设计：机械臂的关节设计是关键的部分，关节需要能够进行灵活的转动，并且能够承受机械臂的重量。
关节的设计也需要考虑到控制的精准度和速度，以保证机械臂在工作过程中能够准确地完成各种任务。
3. 控制系统设计：五自由度桌面级多功能机械臂的控制系统设计是机械臂设计中至关重要的一部分。
控制系统需要能够实现对各个关节的精确控制，并且需要具备一定的智能化能力，以便机械臂能够自主地完成一些复杂的任务。
4. 末端执行器设计：末端执行器是机械臂进行各种操作的工具，如抓取、搬运等。
末端执行器的设计需要考虑到不同的操作需求，比如需要设计不同的夹具、传感器等，以适应不同的任务需求。
三、机械臂的应用领域五自由度桌面级多功能机械臂设计广泛应用于各种领域，比如工业生产、医疗、科研等。
在工业生产中，机械臂可以完成装配、搬运、焊接等任务，提高生产效率和产品质量。
在医疗领域，机械臂可以用于手术、康复等工作，实现精确的操作和治疗。
在科研领域，机械臂可以用于实验室操作、科学研究等，为科研人员提供便利。
四、结语五自由度桌面级多功能机械臂设计是一项具有挑战性的工作，需要综合考虑结构、关节、控制系统和末端执行器等多个因素。
机械臂的设计也需要根据具体的应用场景进行定制，以保证机械臂能够最大限度地发挥其作用。
五轴机械手工作原理
五轴机械手工作原理首先，五轴机械手的组成结构包括五个关节和末端执行器。
每个关节由电动驱动装置、减速器、编码器和传感器组成。
减速器通过降低电机转速并提供更大的扭矩，以满足机械手的运动需求。
编码器用于监测每个关节的角度，并将这些信息反馈给控制系统。
传感器用于检测机械手末端执行器的位置和运动状态。
其次，机械手的动作是由电控系统控制的。
电控系统接收命令，并将其转化为相应的电信号发送给各个关节的电机驱动装置。
电机驱动装置将电信号转化为机械运动，并通过传送带、链传动或齿轮实现机械手的运动。
同时，电控系统还可以根据传感器的反馈信号，对机械手进行实时调整和修正，以保证其准确的运动轨迹和位置。
另外，机械手的运动轨迹是通过机械手的关节控制实现的。
关节呈现多个旋转方向，从而可以实现多个自由度的运动。
例如，旋转关节可使机械手绕垂直或水平轴线旋转，从而实现不同角度的运动。
直线运动关节可使机械手在水平线上移动，实现平移运动。
这些关节的组合可以使机械手在三维空间中实现各种复杂的运动和操作。
此外，机械手的末端执行器还起着关键作用。
末端执行器通常是与工作环境进行物理接触的部分，用于抓取、加工或装配工件。
末端执行器的形式和功能各不相同，可以是夹爪、吸盘、电磁铁等，根据工作需要来设计和选择。
最后，五轴机械手的工作原理要求具备稳定的结构和精确的控制系统。
稳定的结构可以确保机械手在工作过程中不发生失衡或摇晃，从而保证其准确的运动轨迹。
精确的控制系统可以确保机械手能够按照预定的路径和动作进行工作，并能够根据实时的反馈信号作出相应的调整和修正。
总而言之，五轴机械手通过电控系统控制各个关节的运动，以实现三维空间内的各种复杂运动和操作。
它的工作原理包括电动驱动装置、减速器、编码器、传感器和末端执行器等多个组成部分的协同工作，要求具备稳定的结构和精确的控制系统。
五轴机械手的广泛应用于自动化生产线中，极大地提高了工作效率和生产质量。
注塑机锁模机构的有限元分析研究
注塑机锁模机构的有限元分析研究摘要:合模机构是全电动注塑机的重要部件，在合模过程中，合模机构在很短的时间内受到很大的载荷冲击，这直接影响着设备的使用寿命及零件的加工质量。
利用有限元技术对合模机构在合模过程中的动力学响应进行分析，分析结果表明: 合模机构各部件的动强度满足设计要求，且有很大的改进和优化空间，为提高注塑机可靠性、减轻压注塑机锁模结构质量、降低生产成本提供依据。
关键词:全电动注塑机; 合模机构; 有限元; 静力学分析1 引言合模机构是注塑机最重要的组成部分。
实际应用发现，合模机构模板应力较为集中，模板破坏是注塑机工作中较易发生的故障。
为了找出合模机构应力和变形较大的区域，以及对整个合模机构在实际工况下的应力及变形分布有一个直观的认识，此分析采用先总体后局部的分析方法，运用有限元软件ANSYS对合模机构进行整体静力分析，然后对关键的前模板和动模板进行单件分析，最后对应力集中的零件进行疲劳分析。
2 合模机构整体有限元建模首先对350T注塑机锁模结构进行一定的简化处理，主要对锁模电机及丝杠螺母进行简化处理，去掉模型当中对计算结果没有影响的倒角、圆角及孔，去除掉销轴限位块，简化模型。
在注塑机合模机构中，分析的主要零部件由前模板、动模板、调模板、哥林柱、机铰组件等75个零件组成。
模型导入到Workbench中，对各零部件进行材料类型与特性的设置，各材料特性如下表1所示。
表1材料特性参数表在完成锁模机构各零部件的材料赋予后，由于锁模机构是一个装配体，所以必须对其中的接触部位进行接触类型与接触参数的设置。
在Workbench中，首先把自动生成的接触对全部删除掉，再在contact中把接触容差设置为0.5mm，创建新的128对接触对，其部分对参数设置及接触类型如表2所示，其中摩擦接触的摩擦系数设置为0.1，并且接触面的处理设置为Adjust to Touch。
合模机构选用SOLID95单元进行划分，SOLID95单元可以进行塑性、蠕变、大应力及大变形等分析，每个单元在节点上有3个自由度，是具有20节点的3D 单元。
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析五自由度机械臂是一种能够在三维空间中进行精确运动和控制的机械设备。
它由五个连接在一起的关节组成，每个关节都可以独立地进行运动，从而实现各种姿态和位置的控制。
在机械臂的运动和控制中，仿真分析起着重要的作用。
通过仿真分析，可以通过计算和模拟来研究机械臂的运动学和动力学特性，以及其控制系统的稳定性和精确性。
首先，我们来讨论机械臂的五个自由度。
这五个自由度分别是基座旋转、第一关节旋转、第二关节旋转、第三关节旋转和末端执行器的平移。
通过控制这五个自由度的运动，机械臂可以实现在三维空间中任意姿态和位置的控制。
在运动学分析中，我们需要计算机械臂的正逆运动学。
正运动学用于根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态，而逆运动学则用于根据末端执行器的目标位置和姿态计算关节角度。
通过正逆运动学分析，我们可以确定机械臂关节的运动范围，以及实现特定位置和姿态的方法。
在动力学分析中，我们需要研究机械臂的惯性、力矩和加速度等特性。
这些特性决定了机械臂在运动和受力时的稳定性和精确性。
通过动力学分析，我们可以确定机械臂所需的驱动力矩和控制策略，以实现预定的运动轨迹和姿态。
在控制系统方面，我们需要设计和实现适应机械臂运动和控制的控制算法。
这些算法可以基于传感器反馈信息来调整关节的运动，以实现精确的位置和姿态控制。
通过仿真分析，我们可以评估不同控制算法的性能和稳定性，从而选择最合适的控制策略。
为了进行仿真分析，我们可以使用计算机辅助设计和仿真软件。
这些软件可以提供强大的建模和仿真功能，使我们能够快速而准确地模拟机械臂的运动和控制过程。
通过仿真分析，我们可以预测机械臂在特定任务中的性能和表现，从而指导实际应用中的设计和控制。
综上所述，五自由度机械臂的运动和控制仿真分析是了解和优化机械臂工作性能的关键。
通过正逆运动学、动力学和控制仿真分析，我们可以研究机械臂的运动特性、控制策略和性能指标，从而实现更精确、高效的机械臂应用。
五自由度机械臂运动和控制仿真分析
五自由度机械臂运动和控制仿真分析随着工业自动化的快速发展，机器人技术得到了广泛的应用。
其中，五自由度机械臂作为机器人重要的一种形式，在工业制造、医疗康复、航空航天等领域得到了广泛的应用。
因此，对五自由度机械臂的运动和控制进行仿真分析具有重要的意义。
本文将围绕五自由度机械臂运动和控制仿真分析展开讨论，旨在深入探讨五自由度机械臂的运动学、动力学和控制理论等方面的知识，为实际应用提供指导和参考。
五自由度机械臂是指具有五个自由度的机械臂，它在三维空间中能够实现全方位的运动。
由于五自由度机械臂具有较高的灵活性和适应性，因此被广泛应用于各种领域。
例如，在工业制造领域，五自由度机械臂可以用于物体的抓取、搬运、装配等任务；在医疗康复领域，五自由度机械臂可以辅助病人进行肢体康复训练；在航空航天领域，五自由度机械臂可以用于空间物体的操作和维修。
五自由度机械臂的运动学分析主要是研究机械臂末端执行器在空间中的位置和姿态的变化规律。
通过对运动学方程的建立和求解，可以得出机械臂末端执行器的位置和姿态与各关节变量的关系，为机械臂的运动控制提供基础。
五自由度机械臂的动力学分析也是非常重要的，它主要是研究机械臂在运动过程中受到的力和扭矩的变化规律。
通过动力学方程的建立和求解，可以得出机械臂在运动过程中所需要的力和扭矩，为机械臂的运动控制提供依据。
为了对五自由度机械臂的运动和控制进行仿真分析，常用的仿真软件包括Adams、Simulink、Unity等。
利用这些仿真软件，可以建立五自由度机械臂的模型，并进行运动学、动力学和控制等方面的仿真。
通过仿真分析，可以得出机械臂的运动轨迹、速度、加速度等运动特性，以及机械臂在运动过程中所受到的力和扭矩等动力学特性。
同时，还可以对机械臂的控制算法进行验证和优化，为实际应用提供指导和支持。
根据仿真结果，可以得出五自由度机械臂运动和控制的一些特点。
例如，在运动学方面，五自由度机械臂具有较高的灵活性和适应性，可以实现在三维空间中的全方位运动。
大学毕业论文3000字大学优秀毕业论文
大学毕业论文3000字大学优秀毕业论文引言目前，我们用的塑胶制品有80%以上都是通过注塑成型机进行加工，而且随着社会的发展，塑胶制品的应用范畴在不断的扩大，人们的需求量也越来越大[1]。
注塑机机械手是为了配合注塑生产的自动化而出现的专门配套设备，对提高注塑行业的生产质量和生产效率有很大的作用，同时还大大减少了由于人为操作失误而造成的损失，减低了生产成本并保证了工人的人身安全[2]。
然而，目前所用的注塑机机械手大多来自进口，相对于中小企业来说价格无疑是太昂贵而且操作起来不方便。
五伺服机械手是针对当前国内注塑行业产品的多样化、批量化和精密化的发展趋势以及国内注塑行业对生产自动化的要求不断提高的状况而提出的，为研制适合我国注塑企业使用的低成本、低噪音、低能耗、好效率的机械手实现注塑自动化设备的国产化、知识产权自主化提供了理论依据。
作为某企业委托的一项研究项目，本文对注塑机五轴伺服机械手进行了设计分析，利用Pro/E 软件对其进行建模并导入到adams 中进行仿真，为以后要进行的动力学仿真及有限元分析提供一定的理论依据。
1 注塑机专用五伺服机械手的结构一个完善的注塑机机械手一般是由执行系统、驱动系统、控制系统等组成的。
执行系统包括用来抓取和释放塑胶制品的手爪以及实现各个动作的部件。
驱动系统即为执行系统提供各种动力的系统。
控制系统即能够对驱动系统进行准确的控制使得执行系统能够按照所要求的程序而动作[3]。
本文主要研究执行系统和驱动系统。
执行系统本文主要介绍的执行系统的结构包括产生引拔行的主副臂、产生横行的横梁和悬臂梁、以及产生上下(垂直)行的主副臂内外臂。
主副手臂均采用内外臂嵌套的形式，同时给内外臂等速的驱动即可达到倍速的效果，这种高度集中的倍速结构不仅能大大的节约执行时间提高机器的使用寿命，而且将机械手整体高度减小到最低值符合厂家在普通小厂房使用的要求。
如图1 所示。
受伺服电机控制，主副臂同步带带动外臂和内臂分别通过外臂滑块和内臂滑块上下运动。
五自由度关节式机械手结构论文
五自由度关节式机械手结构论文摘要：通过Solisworks设计完成五自由度机械手，并将其模型导入ANSYS内进行有限元分析，确保载荷最大状态时机械手工作的安全性，以验证机械手整体设计的正确性，并及时发现不足之处予以优化，同时也为后续控制系统设计打下基础。
关键词：Solidworks 关节型工业机器人 ANSYS 有限元分析随着自动化技术的发展，工业机械手的应用场合不断扩展，在装配、喷涂、焊接等各种危险和单调的重复劳动中发挥重要角色。
这里基于SolidWorks和ANSYS完成了一款五自由度关节式机械手设计及分析。
1 机械手结构方案关节式机器人具有很好的作业适应性，是目前通用工业机器人的主要结构形式。
机械手的驱动形式主要有液压驱动、电驱动、气动等。
液压驱动主要用于承载大、要求快速反应场所；气动具有价格低、适用负载小、结构简单等特点，但其难以实现伺服控制；电驱动由于拥有噪声低、控制方便、精度高等特点而被广泛运用[1]。
本设计中采用伺服电机作为驱动源，通过齿轮、同步带（轮）等进行传动。
腕关节上设计有装配手爪用法兰，可以通过更换手爪来实现不同的作业任务。
五自由度机械手为基本的关节式结构，图1为其结构简图，共拥有5个旋转自由度，分别为：机身旋转关节J1（肩关节）、大臂旋转关节J2（肩关节）、小臂旋转关节J3（肘关节）和手腕仰俯运动关节J4、手腕旋转运动关节J5（腕关节）[2-4]。
其中的2个肩关节协同1个肘关节完成定位操作，2个腕关节进行定向。
两个肩关节分别实现俯仰和绕竖直线方向旋转，两个肩关节的旋转轴线正交，肘关节转动轴线平行于实现俯仰的肩关节J2]。
这种构型拥有动作灵敏准确、占用空间小，作业过程不发生干涉等优点，是通用机械手的常见选型。
2 基于Solidworks的机械手本体设计计算机辅助设计（CAD）在生产中的应用日益广泛。
SolidWorks 作为常用的三维CAD软件之一，可实现CAD/CAE/CAM的集成和数据信息共享，将设计、分析、加工于一体，可以提供三维建模、有限元分析、运动仿真、工程图纸等众多功能[5]。
注塑机模板强度的有限元数值模拟分析
！ ：的 有 限 元数 值 模 拟 分析
牛 克忠 杨忠 高 （ 广东工贸职业 技术学院 广东广州 ５ ５ ） １ ０ ０ 摘 要： 注塑机模板 在工作过程 中受交变应 力 ， 其破 坏为疲劳破 坏 ， 利用有限元分析软 件 Ａ Ｓ Ｓ建立 注塑机模板 的准确真 实的力学模 型 ， ＮＹ 分析 其受 力的真值及 受 力的准确位 置 ， 以便设计 更加合理 的模板 结构及 节约原材料 。 关 键词 ； 注塑机模板 Ａ Ｓ Ｓ 疲 劳破坏 模板 强度 Ｎ Ｙ 中图分类号 ： Ｑ３ Ｔ ２ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ８ １ （） ０ ３ — ２ １ ７ — ９ ｘ ２ ０ ） ｌｅ 一 ２ ０ ０ 的情 况 下发 生 的破坏 现 象 ＿ １ ｊ 构 的疲 劳破 大 部 分 较 小 的 圆 角 。 。结 坏一 般 在 应 力最 高 的 区域 产生 裂 缝 ， 由于该 随 着塑 料 工 业 的迅 速 发 展 ， 料 制 品广 塑 所以 该 区 ３模板的有限元疲劳分析 泛 应 用 于航 天 、 电子 、船 舶 和 汽 车 等 工 业 区域 代 表 了整 个 结构 的疲 劳 强度 ， 危 用 ＡＮＳ ＹＳ疲 劳 分 析 的 原 理 为 首 先 读 部 门和 日常生 活 中 。 注 塑 机是 加 工 塑 料 制 域称 为 危 险 区 ， 险 区的 应 力 、应 变变 化情 取 有 限 元 应 力 分 析 计算 出 的单 位 载 荷 或 实 品 的一 种 常用 机 械 ， 由于 塑料 制 品精 度 要 求 形 为 结 构 疲 劳 分 析 中 所 需 的 应 力 或 应 变 一 结 际 工 作 载 荷 下 的弹 性 应 力 ， 后 根 据 实 际 然 高， 对注 塑机 特 别是 注 塑机 模 板 的变 形 要 求 时 间 历程 。 因此 ， 构 疲 劳 应 力 分 析 的 目 就 对其 载 荷 工 况 和 交 变载 荷形 式 将 结 果 比例 迭 加 严 格 ， 板 作 为 注 塑 机 的 重要 刚性 零 件 ， 模 具 的 ， 是 要 求 结 构 在 承 受 各 种 负 荷时 ， 并 以 产 生 工 作 应 力 时 间 历 程 ； 可 换 算 成 特 有 固定 模具 和 运 动导 向的定 位 基 准作 用 ， 危 险 区的 应 力或 应 变 响应 做 出准 确分 析 ， 因 也 定 类型 载 荷作 用 下 的弹 塑 性应 力 。 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ 此 模板 结构 及其 刚 度 将直 接 影 响到 机 器 的 根据 分析 结果 对 结 构 进 行 优 化 设 计 。 目前 在 塑 料 机 械 中 ， 板 大 部 分 采 用 疲 劳 分 析 采 用 广 泛 使 用 的 应 力 寿 命 方 法 ， 模 质 量 ， 设 计 制 造 过 程 中 ， 要 控 制 注 塑 机 在 需 模 板 的 变 形 量 。 本 文 利 用 目前应 用 广 泛 的 球 墨 铸 铁 铸 造 。这 是 因为 球 铁 刚 性 较 好 ， 综 合 考 虑 平 均 应 力 、载 荷 条 件 与 疲 劳 强 度 易于 精 铸 ， 加 工 余 量 大 系数 等 疲 劳 影 响 因 素 并 按 线 性 累 积 损 伤理 使 有 限元 分 析 软 件 Ａ ＹＳ， 立 注 塑 机 模 板 也 具 有 一 定 强 度 ， ＮＳ 建 在 的准 确 真 实 的力 学 模型 ， 对模 板 的 工作 状 态 大 减 少 ， 工 艺 上 还 可 以 铸 出 加 强 筋 或 将 论 【 行 疲 劳计 算 。 ３ ＿ 进 可 从 进行 模 拟 ， 对 模板 进 行 静 力学 以 及疲 劳 寿 模 板 掏 空 ， 有 效 减 少 质 量 ， 而 减 少 成 并 疲劳 计 算 通 常包 括 以 下 四个 主 要步 骤 ： 命 的有 限 元分 析 ， 根据 有 限元 分 析 的结 果 对 本 。 虽然 在 设 计 过 程 中 充 分 考 虑 了 模 板 的 （） 力 计 算 ， 出 应 力 最 高 的 区域 ； １应 找 但 （） 定 疲 劳参 数 ， 定最 高 应 力位 置 ； ２设 指 模板 结 构进 行 优 化 ， 而 可使 模板 的结 构 设 强 度 、 刚 度 ， 是 仍 模 板 断 裂 的 现 象 仍 时 从 其 １ 计 更加 合 理 。与 传 统 力学 计算 方 法相 比 ， 分 有 发 生 ， 主 要 原 因 为 疲 劳 破 坏 所 Ｂ起 。 （） 活 疲 劳 计 算 ； ３激 本 文将 采 用 ＡＮＳ ＹＳ软 件 为分 析 工 具 ， （） 劳 结 果 评 估 。 ４疲 析 结果 更 加符 合 实 际 ， 必要 采 用物 理 样 机 不 确 模 板 的 材 料 为 Ｑ ０ －７ 其 弹 性 模 量 Ｔ５ ０ ， 进 行 实 验 ， 以大 大 缩 短 模 板 设 计 周 期 ； 可 使 分 析 注塑 机 模板 在 工作 时 的 应 力分 布 ， 定 并 ＝１３ Ｐ 和 ． ， 得 制造 工 艺过 程 更 加 优化 ， 高 材料 的利 用 模 板 的高 应 力 危 险区 ， 对 该 危险 区域 进 行 和 泊 松 比分 别 为 Ｅ ７ Ｇ ａ ０ ３ 其疲 劳 提 疲 劳 寿 命 分 析 ， 而 对 模 板 的 设 计 进 行 优 特 性 曲 线 如 图 ２ 从 。 率 ， 低 制造 成 本 。 降 化 。本 文 将 引 用 的有 限 元 基 本理 论 如 下 ｌ： ２ ］ 有 限 元 分 析 边 界 条 件 的 设 定 ： 工 作 在 时 ， 板 的 四 个 导 柱 孔 的 Ｘ 与 Ｙ 方 向被 固 模 ２有限元原理及模型建立 定 ， 限 制其 Ｘ与 Ｙ方 向 的 自由度 ， Ｚ方 故 而 疲 劳 破 坏 是 指 当 材 料 或 结 构 受 到 多 次 其中 ： 向 的 自由 度 则 被 模 板 前 方 的 螺 栓 限 制 。 重 复变 化 的载 荷 作 用后 ， 在应 力值 始终 没 有 载荷的施加 ： 塑机的定模板受 到 ９ ０ 注 ０ ＫＮ 超过 材 料 的 强度 极 限 ， 至 比弹 性 极 限还 低 甚 的锁 模力 ， 其均 布于 中央 的 中心孔 周 围 ； ｌ。 ， ］Ｄｐ】 ｌ ，］ ｄ ＝【 ［ （ ３ ） 疲 劳 参 数 设 定 ： 劳 强 度 换 算 系 数 为 疲 其中 ， 中， 】 式 为应 变矩 阵 ； 为 弹 性 ０９ 疲劳载荷 类型为 Ｈ ｓ ｒ Ｄ ｔ ； 【 Ｄ】 ．； ｉ ｏｙ ａａ设计 寿命 ｔ 矩 阵 ； 叶 【 ］ 单元 节 点 力及单 元 刚 度矩 为 ｌ ７ 循 环 周期 。 ｛ 及 为 ， ０ 个 阵 。 建立 一 组 以结 点 位 移 为 未 知 量 的 代 数
机械臂有限元总结与展望
机械臂有限元总结与展望机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机电一体化装置，具有广泛的应用领域。
有限元分析作为一种常用的工程分析方法，在机械臂的设计和优化中扮演着重要的角色。
以下是对机械臂有限元分析的总结与展望。
总结：1. 结构强度分析：有限元分析可以评估机械臂结构的强度，包括对各个连接结点、臂体以及关节等部件进行应力分析和刚度计算，以确保机械臂在工作负载下不会出现过大的变形和破坏。
2. 运动学和动力学分析：有限元分析可以帮助确定机械臂的运动学和动力学性能，包括关节的扭矩、速度和加速度等参数。
这对于机械臂的精确控制和路径规划非常重要。
3. 模态分析：通过有限元分析，可以获得机械臂的固有频率、振型和模态质量等信息，以评估机械臂结构的稳定性和振动特性，并采取相应的改进措施。
4. 材料选择和优化：有限元分析可以通过对不同材料的力学性能进行模拟和对比，辅助设计人员合理选择材料，以满足机械臂的强度和重量等要求。
此外，有限元分析还可以进行结构的优化设计，以提高机械臂的性能和效率。
展望：1. 多物理场耦合分析：目前的有限元分析主要关注机械力学问题，但随着科技的发展，机械臂的分析问题涉及到多个物理场，如热力学、流体力学等。
未来的研究将更多地关注机械臂的多物理场耦合行为。
2. 精确建模与仿真：精确建模是有限元分析的基础，而对机械臂等复杂结构进行精确建模仍然具有挑战性。
未来的研究将致力于建立更准确、高效的机械臂有限元模型，并进行精确的仿真分析。
3. 智能化和优化设计：随着人工智能和优化算法的不断发展，将其应用于机械臂的有限元分析中，可以实现机械臂的智能化设计和优化。
未来的研究将更多地关注机械臂设计和分析的智能化与自动化。
4. 大数据和云计算行业：随着大数据和云计算技术的快速发展，将其应用于机械臂有限元分析中，可以加速计算速度、提高数据处理能力和模型的准确性。
未来的研究将更多地关注大数据和云计算技术在机械臂分析中的应用。
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第6期（总第205期）2017年12月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&AUTOMATION文章编号：1672-6413(2017)06-0081-02注塑机专用五轴机械手悬臂的有限元分析王颜辉、郭强2(1.山西能源学院机电工程系，山西太原030006; 2.太原重工油膜轴承分公司，山西太原030024)摘要：利用P ro/M对某注塑机五轴机械手的横梁进行有限元分析，首先，提出了两种载荷施加方案，分别 得出了悬臂的变形和应力云图，对两种方案进行比较，可以在一定程度上反映滚轮与悬臂接触区域的应力状况；其次，通过对悬臂梁和滚轮组件的接触分析，得出悬臂在接触区域的具体接触应力，验证了该悬臂的安 全性。
展现了Pro/M echanica在有限元分析方面的优势，尤其是在曲面区域的划分上，通过对悬臂的有限元 分析，可以看出在约束和载荷的施加上该分析方法与实际工作中的一致性。
关键词：有限元分析；机械手；接触分析；Pro/M中图分类号：TP391. 7 文献标识码：八1注塑机机械手执行系统图1为注塑机机械手执行系统结构示意图，其主 要由两个基座组（图1中左边为王基座组，右边为副基 座组）、横梁组、悬臂梁组和手部组成，其中基座组从外 到内依次由基座组固定套、内臂和外臂组成。
机械手 执行系统工作原理如下：①悬臂梁和基座组固定套在 竖直方向上无相对位移，两者可以通过同步带沿横梁 上的轨道滑动；②主、副基座组固定套上固定有滚轮 组，可以沿悬臂梁轨道移动；③两组基座组的内臂均可 以沿外臂上的滑块上下移动，同时外臂可以沿基座固 定外套上的滑块做上下运动。
悬臂梁在设计时内壁上设有一体的导轨，而每个 基座组固定套的两侧均安装了滚轮组，悬臂梁导轨和 滚轮组的滚轮相互配合产生左右运动，即抓取手臂取 放产品的横向运动。
机械手抓取机构直接安装在悬臂 梁上，悬臂梁承受的载荷即来自于机械手抓取机构的 重量，此载荷本身并不算太大，但是由于悬臂梁的跨度 较大，所以可能会产生较大的位移变形，为了保证使用 过程的安全性，有必要对悬臂梁的刚度进行校核。
2悬臂边界条件的确定及曲面区域的划分本文采用Pro/M对悬臂进行有限元分析，首先确 定边界条件设定的方式。
Pro/Mechanica和其他的分 析软件有所不同，可以通过曲面区域的划分来灵活地 设置边界条件，为了分析简洁明了，分析之前需要对模 型进行简化修改，保留关键部分，去掉不必要部分。
为确定悬臂的边界条件需要测量悬臂模型的一些尺寸数 据。
测量过程包括位移边界条件的测量和载荷施加区 域范围的测定，通过测量可得到位移约束施加区域的 长度、载荷施加区域的长度和机械手手臂运动的极限 位置等数据，测量结果如图2所示。
由图2中可知，机械手悬臂的位移约束区域长度约为379 m m,载荷施 加区域的长度约为75 m m,抓取手臂运动到极限位置 时距离悬臂最右端为160 mm。
设当机械手的两个抓 取手臂都处于悬臂导轨中间位置时是初始位置，因为 机械手两抓取手臂之间安装有感应器，它们的运动方 向是相反的，因此当其中一个抓取手臂向导轨中间运 动时，另外一个手臂会向导轨最远端运动，根据经验此 时悬臂梁产生的位移变形会最大。
曲面区域划分好的 位移约束区域和载荷施加区域如图3所示。
3载荷施加方案的比较由于载荷是通过滚轮组传递到悬臂梁上的，而滚 轮和悬臂梁之间的接触方式为线接触，因此给出两种 不同的施加载荷方案:方案1，载荷直接加载到划分好 的曲面区域上;方案2,先通过草绘画出悬臂和滚轮组 之间的接触曲线，然后再将载荷加载到这些曲线上。
本文采用两种方案分别对悬臂梁进行位移变形和应力 计算，并对结果进行比较[1]。
3.1 方案1分析结果图4为采用方案1分析时对悬臂梁的前处理。
图4中完成了位移约束的设定、载荷的施加以及材料的 定义。
完成这些设置之后即可对其进行分析，Pr〇/M 会通过自适应的方式来划分网格，通过增加插值多项 式的阶次来使分析达到要求的精度[2]。
通过方案1分析得出的悬臂位移云图和Von Mises 应力云图如图5、图6所示。
由图5可以看出，悬臂的 最大位移变形出现在悬臂的端部，最大值为0.553 6 m m,满足要求。
由图6可以看出，悬臂所受 应力较大的地方为位移约束区域的临界值处，最大值 为 51_ 4 MPa。
3.2 方案2分析结果收稿日期：2017-04-28;修订日期：2017-09-28作者简介：王颜辉（1987-)，女，山东聊城人，助教，在读博士，研究方向为机械结构动力学• 82 •机械工程与自动化2017年第6期图7为采用方案2分析时对悬臂梁的前处理。
图 不同，方案2的载荷是施加在滚轮组与悬臂导轨的交7中，位移约束与方案1足一致的，但在载荷的施加上 线上.图1注塑机机械手执行系统结构示意图图2为定义悬臂的边界条件所做的测量 图3曲面区域的划分U \5〇通过方案2分析得出的悬臂位移云图和Von Mises应力云图如图8、图9所示。
从图8可以看出，悬臂端 部为最大位移变形处，最大值为5542 mm ，计算结 果与方案1基本吻合，满足要求。
从图9可知，悬臂梁 最大应力为51. 4 .M Pa ，LjVY 案1.的分析_结果也基本吻 合。
但是由予方案1和方案2载荷分别施加到面上和 线上，因此方案2在加载区域产生的应力比前者的分 析结果大很多，而且数值还会随着.网格的细化而增大。
图5采用方案1分析得到的图6采用方案1分析得到的悬臂位移云图Dy:0 Dz:0(ffCS)Ry:. Rz: (W C S)D xTO Rx:，;0 rDx:Rx. ^Fx:0 Fy:250Mx: 0 My: 0 Mz:0 Fy:250 Fz:0(WCS) :0 My:0 Mz:0(W C S)0 (W C S )Fx:0 Fy:250 FzMx:0 My:0 Mz:0250 Fz:0(WCS)Mz:0(W C S)图7采用方案2分析时对Displacement M ag (WCS)(mm)Max Disp +6.1578E-01Loadset:LoadSet1:WYM5-D800-Z-XUANLIANG图8采用方案2分析得到的5.542e-014.926e-01 4.310e-01 3.695e-01 3.079e-01 2.463e-01 1.847e-01 1.232e-01 6.158e-02悬臂V o n M i s e s 应力云图Stress von Mises (WCS)(N/mm 八2)Loadset:LoadSet1:WYM5-D800-Z-XUANLIANG…5.140e+01图9采用方案2分析得到的悬臂梁的前处理通过查看图9中的局部放大图，并且与方案1的 结果作对比可以看出，将载荷施加在线上所得应力值 要人r 将载荷施加在面上时的应力，也就是说相比方 案1，方案2的应力分析在一定程度上更能反映滚轮 与悬臂梁导轨接触区域的应力分布状况，但是想要求 出具体的接触应力值，就必须对滚轮组和悬臂梁进行 接触分析M 。
4悬臂梁的接触分析对悬臂梁和滚轮组进行接触分析，可以得到滚轮 组和悬臂梁导轨接触区域的应力分布状况。
为了节约 计算时间，分析前可对模型做简化处理，再对简化后的 悬臂梁模型进行分析前处理，如图10所示。
首先对悬 臂进行位移约束，使J 〖:h 、Klfi 丨完仝阀记.为实现接触悬臂V o n M i s e s 应力云图力的传递，在滚轮的两侧曲ifi 丨上留Yf -个z 方向的商由度。
在Pr 〇/M 中接触可以施加在两实体表面，定义 为接触面，在这里选择滚轮和导轨发生接触的曲面作 为接触面[:4]。
图11为接触面的定义，从图中可以看出 具体接触面的范围。
通过进行接触分析，可以得出悬臂梁导轨接触应 力云图，如图12所示。
由图12中可见，滚轮与导轨的 最大接触应力为29. 12 MPa 。
悬臂梁材料为A L ，其 屈服极限为150 MPa ，远远大f 计算得出的最大接触 应力，可认为悬臂导轨在滚轮组对其接触应力的作用 之下仍然具有较高的安全系数，即强度足够，完全不会 发生破坏。
悬臂位移云图图10Dx:0 Dy^O Dz:0(WCS)简化后X 悬臂模型的前处理图11定义接触面Contoct Pressure (WCS) (N/mmA2)L ocation ： Contact Surfaces Loadset:LoadSet1:ASM000I2.912E+01 2.589E+01 2.265E+01 1.941E+01 1.618E+01 1.294E+01 9.707E+00 6.472E+003.236E+00图12悬臂梁导轨接触应力云图(下转第85页）2017年第6期机械工程与自动化• 85 •参考文献：[5][1] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M ].北京：高等教育出版社，2005. [6][2] 单祖辉，谢传锋.工程力学（静力学与材料力学）[M ].北京：高等教育出版社，2004.[3] 徐灏.机械设计手册[M ].北京：机械工业出版社，1991. [7][4] 郭浩亮，穆希辉，吕凯，等.剪叉式升降台的仿真及优化设计研究[J ].机械设计与制造，2015(10) :91-97. [8]赵明君，刘建雄，常安民，等.剪叉式升降机受力分析及有 限元仿真[J ].新技术新工艺，2013(3) :18-20.伍佳荣，郭克希，潘存云，等.剪叉式机动平台承载能力有 限元分析与优化设计[J ].东华大学学报：自然科学版，2013(4)：427-431.张乐乐，谭南林.ANSYS 辅助分析应用基础教程[M ].北 京：清华大学出版社，2006.邓莉，刘剑雄，刘俊秀，等.叉式丝束升降机的研发及有限元分析[J ].机械与电子，2011(11):39-42.Force Analysis and Finite Element Simulation of A Villa Lifting Parking PlatformLI Ya-kun, ZHAO Jian-guo, LIANG Jie, CAO Zhao-hui(School of Mechanical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)Abstract ： This paper introduces the basic structure, working environment, working principle and structural features of the parkingplatform of a semi-underground garage. The force condition is analyzed and studied in order to get the structure parameters of the lifting platform to make the design more perfect. Through the force analysis > the stress distribution of the platform in the limit work state is got. In order to ensure the lifting parking platform safe and stable in the limit work state, the finite element simulation analysis of the fork arm of the lifting platform is carried out by ANSYS software. The conclusion shows that the strength of the fork arm can meet the requirements. The prototype of the lifting parking platform has already produced, and the further work is doing the debugging and the security experiment.Key words ： lifting parking platform ； shear fork force analysis ； simulation analysis ； finite element(上接第80页）Design and Simulation of Porcelain Palletizing Robot Suction GripperGAO Ying-chao, WANG Hao-chen, SUN Mo-jing, LIJia-peng, LI Zhen-yu(School of Mechanical Engineerings Shandong University of Technology» Zibo 255049» China)Abstract ： In this paper，a pneumatic sucker hand is designed to meet the requirements of palletizing large-size porcelain plates. Through the vacuum suction cup to achieve reliable grasping, handling porcelain and other actions. The composition and working principle of suction gripper are briefly introduced. Its selection and calculation are completed, and SolidWorks is used to complete its structural modeling. Through the simulation analysis, the strength of the suction gripper is checked. The results show that the stacking robot suction gripper can meet the palletizing requirements of the porcelain plates under the actual working conditions.Key words ： porcelain plate ； suction operator ； SolidWorks ； strength check ； design(上接第82页）5结论通过对以上两种分析方案进行比较可得出如下结论：(1) 若只需计算悬臂梁的位移变形和远离加载区域部分的应力，将载荷施加在线上和施加在面上进行分析可以得到基本一致的结果。