工业装配外骨骼机械臂承重性能研究

机械臂是工具支撑型工业装配外骨骼非常重要的一部分,它对工具的稳定支撑有着重要影响,直接决定此类外骨骼的使用性能。结合现有仿人机械臂的设计方法,以国内成年男子手臂尺寸为依据,基于弹簧连杆机构设计了一款用于工业装配外骨骼的机械臂。根据弹簧连杆机构的静平衡系统,阐述了工业装配外骨骼机械臂支撑以及承重的基本原理,证明了机械臂减重的可行性。为研究工业装配外骨骼机械臂承重性能,基于现有外骨骼模型进行了9组两弹簧机构连杆初始角度为不同θ1、θ2的仿真试验,并利用逆向仿真方法得到了不同条件下机械臂举升高度与举升力之间的关系曲线。为了更方便地研究机械臂承重性能,针对此机械臂提出了有效承重区间的概念。仿真试验结果表明,减小初始角度可以得到更大的有效承重区间,θ1对整个机械臂承重性能的影响比θ2大;具有较大初始角度的机械臂能够增强工具的稳定性。研究结果证明了基于弹簧连杆机构的机械臂能够很好地应用于工业装配外骨骼,为此类外骨骼机械臂的研究和设计提供了参考。

工业装配抗振外骨骼上肢减振性能研究

操作动力工具存在巨大的危害性,动力工具产生的持续性或间歇性振动传递到手掌和手臂,对工人的肌肉骨骼系统的损伤不可忽视。为降低装配工人暴露于振动环境下的风险,提出一种上肢具有斜弹簧阻尼防振结构的抗振外骨骼。对该外骨骼上肢数学建模,利用谐波平衡法得到其幅频方程和力传递率T f表达式。以力传递率和固有频率作为减振性能评价指标,设计多组不同的弹簧刚度k 1,k 2、阻尼系数c 1,c 2、连杆长度比l 1/l 2,分析各结构参数对减振性能的影响。结果表明:k 1,k 2、c 1,c 2、l 1/l 2均对减振性能有显著影响,并且k 2、c 2的影响程度高于k 1、c 1。当工具振动频率低于上肢固有频率时,增大k 1,k 2能有效降低力传递率,增大减振性能,反之;增大c 1,c 2能够有效降低力传递率,提高系统的减振性能;l 1/l 2=1.0时,力传递率最低,具有更好的减振效果。