一种基于变胞变换的柔顺剥线钳.pdf

第51卷第1期
机械工程学报
Vol. 51 No. 1
2015年1月
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
2015
DOI:10.3901/JME.2015.01.069
种基于变胞变换的柔顺剥线钳
达选祥勾燕洁陈贵敏
(西安电子科技大学机电工程学院西安710071)
摘要:剥线钳是一种用于剥去电线绝缘皮的手持工具。现有的剥线钳结构复杂、成本高、容易磨损。考虑到剥线钳在运动过
程中自由度会发生变化,将变胞变换的思想引入剥线钳的设计中,基于柔顺五杆机构得到一种新型的柔顺剥线机构。利用伪
刚体模型法对柔顺剥线钳的不同工作状态进行建模,给出了相应的运动静力学模型:根据剥线钳的设计要求建立优化目标函
数,并采用粒子群算法完成了优化设计。参照优化结果加工的样机对不同规格的电线进行剥线测试,证实该新型柔顺剥线钳
具有较好的剥线效果,可大幅降低现有剥线钳的成本,便携且具有结构简单、工作可靠等优点。
关键词:剥线钳;柔性机构;变胞变换;粒子群算法
中图分类号:TH122
Compliant Wire Stripper Based on Metamorphic Transformation
DA Xuanxiang GOU Yanjie CHEN Guimin
(School of Mechatronics, Xidian University, Xi'an 710071)
Abstract: A wire stripper is a hand-held device used to strip the electrical insulation electric wires. The existing wire strippers are
complicated, costly and easy to wear. Considering that wire strippers change their degrees-of-freedom during their motion, a new
stripper design based on a compliant 5-bar mechanism utilizing metamorphic transformation is presented for wire stripping. The
pseudo-rigid-body method(RPBM) is applied to solve the kinetostatic behaviors of the mechanism in different working phases. The
objective function is established for optimizing the design and an optimal design is obtained using a particle swarm optimizer (PS)
Finally, based on the optimization results, a prototype is fabricated, which shows good performances in wire stripping. This
compliant wire stripper is low cost, portable, simple in structure and reliable
Key words: wire stripper; compliant mechanism; metamorphic transformation; particle swarm optimizer
0前言
剥线钳是一种用于剥去电线绝缘覆皮的手持
工具。常用的剥线钳如图1所示。在剥覆皮过程中,
使用者用力夹持钳柄,使钳头的前后两部分相向平
移直至相互接触,夹紧电线并切断覆皮;由于接触
后平移运动受限,使得钳头沿电线长度方向分离成
两部分并相对转动,从而剥离覆皮;操作完成后剥
图1常用剥线钳
线钳依靠弹簧的弹性回复力回到初始位置。由于包
含零件多、结构复杂,这种剥线钳成本较高;此外,
剥线钳在工作过程中钳头先平移再转动,运动
特性发生了改变,具有变胞机构的运动特点。变胞
由于构件之间是刚性连接的,工作过程中存在摩擦
机构是一类能够根据环境和工况的变化,以及不
和磨损,需要经常清理和润滑。
同的任务需求,通过改变自身拓扑结构和自由度,
进行自我重组和重构,实现不同功能的新型机构。
国家自燃科学基金61753960、中央高校基本科研业务费专项变胞机构由戴建生等"在198年提出,引起了国内
(K5051204021,K5051304023)和新世纪优秀人オ支持计划
(NCET-11-0689)资助项目。20140105收到初稿,20140915收到修改稿
外学者的广泛关注。戴建生和李端玲等对变胞机构