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收运车机械手系统改进设计与机构分析及优化
| 论文题名： | 收运车机械手系统改进设计与机构分析及优化 |
| 关键词： | 收运车机械手;平面搬运机构;连杆铰链;桶檐中点;运动平稳性 |
| 摘要： | 随着城市人口急剧增加，城市生活垃圾激增，为了提高生活垃圾收集效率，垃圾收运车已经成为了环卫设备中的必需品。收运车机械手是垃圾收运车抓取及翻转垃圾桶的执行装置，其结构与运动学性能直接影响着收运车的工作性能及效率。本文以某自主研发的垃圾收运车智能型导轨式机械手为研究对象，对其系统方案进行改进设计与机构分析及优化。主要研究内容包括： (1)收运车机械手系统方案改进设计。针对垃圾收运车智能型导轨式机械手结构笨重、系统稳定性较差及工作流程复杂等问题，对机械手系统进行分析，找出其问题的症结所在，进而通过裁剪摆动油缸及其相关部件对收运车机械手进行改进设计。改进后的机械手裁剪了重量占比最大的驱动件及其相关部件，减少了机械手运动部分结构的重量，有利于机械手结构的轻量化，提高了机械手系统的稳定性。同时，驱动件数目的减少简化了工作流程，提高了机械手的工作效率。 (2)机械手平面搬运机构运动学分析。首先，通过对收运车机械手平面搬运机构进行初始位置的机构参数关系分析，推导出桶檐中点到连杆铰链中心的距离与机构参数的函数关系、桶檐中点与连杆铰链中心夹角的数学表达式；通过对桶檐中点的关键位置分析，求得关键位置与机构参数的函数关系。然后，对平面搬运机构进行速度分析，推导出输入角速度、输出角速度与机构参数的函数表达式。最后，在关键位置分析与速度分析的基础上进一步求解了桶檐中点的轨迹。 (3)平面搬运机构多目标优化设计。以杆长及长连架杆初始角度等参数为设计变量，以桶檐中点的关键位置偏差与输出角速度的标准差为优化目标，根据收运车机械手平面搬运机构参数的约束条件，建立了桶檐中点的关键位置偏差与运动平稳性优化数学模型，并提出了一种用输出角速度的标准差来描述运动平稳性的方法。采用基于内点惩罚函数算法的优化方法对平面搬运机构的优化问题进行求解，优化后结果显示，关键位置偏差优化目标U1、U2值相比初始值分别减少了14.1％、2.3%，运动平稳性优化目标U3值相比初始值减少了36.4%。 (4)优化结果的验证。建立了平面搬运机构运动学与动力学的仿真模型，并对其进行仿真分析，结合解析法对平面搬运机构驱动力的变化趋势进行了验证。经过对比分析，其仿真解与理论解的一致性较好，有效证明了优化数学模型的准确性。 |
| 作者： | 易滨林 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘江南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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