六面顶压机狭小空间自动上料机械手设计.pdf

杌械设计与制造
第3期
228
Machinery Design Manufacture
2016年3月
六面顶压机狭小空间自动上料机械手设计
张伟民,董博,饶建华,安凯
(中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074)
摘要:为了解决六面预压机上料空间狭窄、上料环境复杂导致的上料因难的难题,设计一种平面操作机械手完成六面
顶压机的上料作业。基于DH参数法建立了机械手的运动学模型并求得了运动学方程的正解,验证了运动学模型的正
确性;利用兀何法求得了机械手运动学方程的解,为槭手运动控制提供了理论基础。使用 Solidworks建立了机械手的
虚拟样机模型并对其进行了运动仿真,仿真结果验证了机械手连杆参数设计的合理性。制作了物理样机并在六面顶压机
上进行了实验,实验结果进一步证明了机械手的结构设计是合理的。
关键词:人造金刚石;六面顶压机;上料;机械手;运动学分析;仿真;物理样机
中图分类号:TH16:1rP241文献标识码:A文章编号:1001-3997(2016)03-0228-04
Design of Automatic Feeding Manipulator for Narrow Space in Cubic Press
ZHANG Wei-min DONG Bo, RAO Jian-hua. AN Kai
Faculty of Mechanical &Electronic Information, China University of Geosciences, Hubei Wuhan 430074, China)
Abstract: Designs a flat manipulating robot to complete the feeding operation in narrow and comple enironment in cubic
press to solve the feeding problem of cubic press in artificial diamond synthesis process. A kinematics model of the
manipulaor is esablished based on D-H codi e romt y and t si stion of kinetic eqution verifies
that the kinematic eguation is correct; problem of inese solution for the model is studied, which prouides the theoretical
foundation for the manipular motion conrol A i proto e robot is established by Solidworks sofare and the process
of automatic feeding s sima, and mtn simul on proves that the design is reasonable. Physical prototype is assembled
and physical experiment is conducted on cubic press. Further experiment shows that the design is proper.
Key Words: Artificial Diamond; Cubic Press; Feeding; Manipulator; Kinematic Analysis; Simulation; Physical Prot
otype
1引言
人工上料,并且能够在六面顶压机的机体内狭窄的上料空间内进
人造金刚石是通过对原料(以下筒称合成块)进行高温高压行作业的自动上料机械手,是实现人造金刷石合成工作高度自动化
合成的。目前国内用于合成人造金刚石的主要工具是铰链式六面
的关健一环,是企业安全生产和摆脱用工问题要做的重要工作。
顶压机,合成作业在六面项正机的压腔中完成。六面顶压机的压2方案设计
腔是由六个顶锤形成的,位于六面顶压机的中心,上料时只能利2.1机械手运动方案设计
用顶锤之间的空隙空间进行上料,这使得合成块的上料操作变得
对机械手而言,自由度越多,灵活性越好,但是会增加机构
困难。另外,压机的六个顶锤彼此之间空隙十分狭窄,又是在压机的复杂性和控制难度。前文中提到过,六面顶压机的上料自动化
内部作业,上料环境复杂,一般的工业用机械手无法胜任六面顶面临的最大的困难是上料空间狭小、上料环境复杂的间题,所以
压机合成块的自动上料操作,这也是六面顶压机的上料自动化一针对六面顶压机上料作业所设计的机械手,自由度不宜过多,在
直没有实现的一个重要原因。目前国内的工厂基本都是使用人工保证机械手的上料能力的情况下,尽量做到结构紧凑,外形尺寸
上料。但是,以缸径730m的压机为例,压腔到饺链梁底部的
直线距离达到了133cm,工人上料时需要将整个上半身探入压机
机械手的上料工作空间是动锤移开时动锤彼此之间的空隙
内部才能完成,上料过程难度和劳动强度大,效率低下且安全隐空间。因为六面顶压机的结构限制,动锤移开之后彼此之间的空
患巨大,导致企业面临严重的用工问题。所以设计一种能够取代隙宽度只有不到12em。机械手的手臂结构形式取决于机被手的
来稿日期:2015-08-30
作者简介:张伟民,(1976-),男,河南人,博士研究生,副教授,主要研究方向:机电一体化,数控技术
饶建华,(1962-),男,湖北人,博土研究生,教授,主要研究方向:机电一体化