【摘 要】
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目前在精密铸造领域,采用工业机械臂作业负载受限,难以满足中小型批量生产的重载需求,且存在工位固定、运动精度差及热辐射干扰等技术难题。针对以上不足,提出了混联式可移动自平衡重载铸造机器人的设计方案,实现了远距离行走与驻点支撑,提高了铸造作业质量、操作安全性和稳定性。首先,基于TRIZ理论创新方法及智能机械装备设计原则,采用组件分析、功能裁剪、矛盾矩阵、物场模型等方法,对多种方案进行评价与实施。优选出
【基金项目】
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国家创新方法工作专项（2018IM010500）； 安徽省高校协同创新项目（GXXT2019018）； 安徽省省科技重大专项计划项目（16030901012）；
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目前在精密铸造领域,采用工业机械臂作业负载受限,难以满足中小型批量生产的重载需求,且存在工位固定、运动精度差及热辐射干扰等技术难题。针对以上不足,提出了混联式可移动自平衡重载铸造机器人的设计方案,实现了远距离行走与驻点支撑,提高了铸造作业质量、操作安全性和稳定性。首先,基于TRIZ理论创新方法及智能机械装备设计原则,采用组件分析、功能裁剪、矛盾矩阵、物场模型等方法,对多种方案进行评价与实施。优选出五自由度混联工作臂作为定点浇注执行装置,并进行拓扑机构自由度分析。接下来,采用微位移法建立并联工作臂的变换矩阵,并通过D-H法构建了等效后混联工作臂的位置矩阵。由此,推导出了该混联工作臂的速度、加速度运动方程,并运用Admas软件进行运动学分析,验证了实施方案的合理性。然后,对浇包倾倒过程进行研究,得出浇包内剩余体积随浇包转角的关系及浇注液质心位置随转角的变化关系。由此,定义了定点浇注的三种极限工况,并用ANSYS对并联工作臂,及受力最大支链进行有限元分析。通过对比四组方案,验证了最终方案的正确性。且采用拉格朗日法,构建了混联工作臂的动力学方程。接着,基于伺服三环PID的半实物仿真运动控制策略,搭建了机器人控制系统软硬件平台。最后,对铸造机器人样机进行性能测试。依据外滴量为指标,初选出样机性能参数的合理范围。接着,通过设计四组浇注水模拟试验,确定了该样机的浇注液轨迹高度、浇包平均流量、浇注液体积和浇包回倾速度的参数范围分别为:ZDE=350～400mm、Qq=102～203cm3/s 和 Vs=5300cm3、vbs=0～1.05rad/s。同时,对移动平台的运动性能进行轨迹规划试验。结果表明,控制系统方案可以满足使用要求,在上述参数范围内,能够保证浇注液轨迹线更光滑稳定、外滴量较少、浇注平均流量合适,可得到较好的充型质量。图[75]表[10]参[105]
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