剪切夹持一体化水果采摘末端执行器的设计与分析

【目的】推进水果采摘机械化,同时减少机械采摘中水果的损耗。【方法】本研究设计了一种剪切夹持一体化的通用采摘末端执行器,该执行器采用直流减速电机推拉螺杆套接的法兰盘来改变连杆与导轨滑块间的角度,从而带动移动刀台的往复运动,实现剪切夹持与松开的动作;刀片下端配备硅胶材质的柔性夹持体,可以在剪切力增大时夹紧果梗,便于剪断;同时使用SolidWorks软件对该执行器进行了动力学分析。【结果】电机转矩与刀尖剪切力在连杆与导轨夹角最大处的比例系数为3.697,结合选定的电机型号,该末端执行器的剪切力大于小型水果的果梗剪切强度,满足一般水果的采摘要求。【结论】该末端执行器通过改变微动开关的位置及刀片夹持体的相对位置可适用于不同类型的水果剪切果梗采摘,具有轻便、操作简单、适用性强等优点。

一种室内管道阀门搬运安装设备的设计

研究设计了一种适用于工厂室内复杂环境的管道阀门搬运安装设备,该设备能够搬运不同尺寸规格、不同种类的管道阀门,并在特殊环境中完成辅助安装。本研究针对以下三个问题提出了相应解决方案:①为克服复杂的室内环境,设计了一种综合式的移动底盘,其采用麦轮组合及辅助越障轮,提高了设备的越障能力;②为适应室内狭窄空间及管道阀门特殊安装位置,设计了一种升降机构,其由垂直升降机构和水平提升机构组成,实现了起重升降,保证了设备的结构紧凑性,同时保证了设备的工作范围;③为适应不同种类阀门的装夹,提出一种新型末端装夹机构,其能够快速切换装夹方式及调整尺寸,同时能够对管道阀门姿态进行微调,以实现精确安装。本研究使用ANSYS软件对末端装夹机构进行静力学分析,校核了强度;分析了设备的安装精度及抗倾覆能力,验证了设备的合理性和稳定性。

基于欠驱动原理的脐橙采摘末端执行器的设计与试验

果蔬采摘机器人的末端执行器是采摘机器人的重要组成部分,直接影响采摘的成功率与采摘效率。通过分析脐橙特性,基于欠驱动原理设计了一种夹剪一体的脐橙采摘末端执行器。其整体机构由一个两层3指机械爪手构成,两层手指中的一层为剪切机构载体,另一层则为对果实抓取固定的夹持手指;剪切机构由摇杆滑块机构组成。构建剪切机构与机械手的力学模型,根据需求对相关零部件进行了设计与选型;判断了防止机械手剪切机构发生干涉的运动误差范围,并对关键受力部位进行了有限元分析。结果表明,因关键受力点变形导致的运动误差在安全误差范围内,验证了结构的合理性。通过Adams软件对其进行运动学仿真,进一步证明了该末端执行器的可行性。最后,通过末端执行器实物样机进行脐橙采摘剪切试验,机构整体采摘成功率为95%,采摘周期为4.3 s。

夹钳起重机端梁腹板裂纹分析与应力检测及疲劳寿命研究

以某钢厂热轧生产线上在用的夹钳起重机为研究对象,通过对桥架端梁腹板裂纹进行静强度有限元分析和满载状态下应力检测及剩余寿命进行估算,对设备运行现状安全性作出评价,不仅可有效保证起重机工作的安全性和可靠性,同时及为设备的计划性维修和更新换代提供技术依据。

立铣刀磨削加工的棒料装夹偏差补偿技术

刀具棒料装夹偏差是影响刀具磨削精度不可忽视的重要因素。本文基于在机测量探测刀具棒料上各采样点位置的装夹偏差,建立了理论刀具刃线上点的偏差估算方法,在实际磨削加工时,将偏差值反向补偿至磨削轨迹,从而减小刀具的装夹偏差对刀具磨削精度的影响。通过试验磨削四刃平底刀和双刃球刀,在棒料装夹偏差较大的情况下,采用补偿的方式能够提高刀具外形磨削精度。

燃料棒加长端塞与包壳管TIG环焊工艺研究

新型燃料棒采用自主研发的锆合金包壳管,具有独特的长形中空下端塞结构,由于包壳管与端塞配合处壁厚较薄,端塞总长变长,采用常规燃料棒端塞TIG焊接方式将面临焊缝易烧穿、焊缝腐蚀检查不合格、焊接设备工装无法满足要求等问题。通过设计焊接工装和开展焊接电流试验、管内负压试验、夹持距离调整试验,针对新型端塞斜面面积小影响散热效果、焊接变形导致直线度超差问题,重新设计了焊接顶头结构;为避免焊缝熔深过大,选择了合适的TIG焊接峰值电流,并重新匹配焊接基值电流;为保证焊缝腐蚀检查结果合格,焊接前调整包壳管侧夹持距离,焊接过程中对包壳管管内空气进行抽空。采用新的TIG环焊工艺,获得了外观尺寸合格、理化性能优良的焊缝质量,焊接结果满足要求。

基于DEM-MFBD的辣椒移栽机取投苗装置设计与试验

针对现有辣椒移栽机取苗成功率低、损伤率高、稳定性差的问题,设计了一种插夹联动式末端执行器,基于整排取苗、间隔投苗的取投苗作业形式设计了气动控制系统,分析了取投苗装置结构及工作原理,建立了末端执行器运动学、动力学模型,以薄皮椒钵苗为研究对象开展力学特性试验,结合取苗过程边界条件确定了末端执行器主要参数范围;通过ADAMS运动轨迹仿真与FluidSIM-P 3.6气动系统仿真分析,验证了取投苗装置结构设计与气动时序的合理性;通过DEM-MFBD联合仿真对取苗情况进行了可视化分析,为末端执行器关键参数优化提供依据。通过单因素试验明确了各关键因素对取苗成功率与基质损失率的作用规律;设计正交试验,通过方差分析、响应面分析与多目标寻优得出最优参数组合为:取苗针间距12.25 mm、取苗针入土角50.37°、取苗针行程14.21 mm。台架验证试验得出:取苗成功率为97.92%、基质损失率为2.21%,与回归模型预测值误差分别为0.49%、3.8%,无茎秆损伤现象,取投苗效果良好。

薄壁铝端管加工工艺改进

针对薄壁铝端管加工中存在的问题,提出了调整装夹方式、改变加工方法、使用新材料刀具、优化工具参数和工艺参数等多个方面的改进方案,解决了加工过程中表面粗糙度不理想、生产效率低、工艺流程分散、工序内容简单和周转次数多等问题,提高了产品生产效率,缩短了加工周期,具有良好的经济性。

蔬菜移栽机顶夹式取苗装置末端执行器设计与试验

为解决顶夹式取苗出现的顶苗失败、钵体被夹持时受压变形、破损等问题,以顶夹式取苗末端执行部件为研究对象,建立顶苗和夹苗过程力学分析模型,得出影响取苗效果的主要因素包括顶针直径、顶针长度、顶苗速度和夹苗加载距离。通过试验测定钵体相关物理性能参数,在EDEM软件中选用EEPA接触模型建立钵体颗粒模型。利用EDEM仿真模拟顶苗与夹苗过程,采用Box-Behnken设计法和单变量控制法分别进行顶苗和夹苗仿真试验设计,利用Design-Expert软件分析得到优化参数组合为:顶针直径1.9 mm、顶针长度18 mm、顶苗速度0.3 m/s和夹苗加载距离4 mm。在频率100株/min下进行取投苗性能验证试验,经过优化的取苗末端执行部件取投苗成功率93.25%,钵体完整度良好,满足叶菜类蔬菜穴盘苗自动旱地移栽取苗要求。

面向番茄自动整枝的茎秆夹持力学特性测量与分析

获取番茄植株的茎秆外观形态和组织力学特性是设计自动化整枝执行机构的重要依据。为此,以“佳丽14”番茄品种作为研究对象,通过实地测量获取番茄植株茎秆自然形态参数,基于MTS E43型电子万能试验机对茎秆力学特性进行测量,获得番茄茎秆挤压、剪切及离层断裂等力学特性参数。根据对茎秆施加不同正压力时产生的最大静摩擦力,采用最小二乘法分别估算了其与不锈钢、PVC、硬质橡胶及硅胶等4种典型工程材料的最大静摩擦因数;同时,为了实现对番茄植株侧枝安全夹持与可靠分离,结合对茎秆离层断裂与夹持压溃时临界力约束,确定了番茄植株侧枝夹持柔性材料的硬度与弹性模量。研究结果可以为设施农业番茄自动化整枝及整枝机器人关键执行部件的设计提供理论依据。

煤矿刮板锻件锤上模锻生产线机器人化技术改造及其关键问题

煤机装备锤上模锻生产线工作环境恶劣且劳动强度极大,为把工人从艰苦的生产线中解放出来,在分析某锤上模锻生产线装备及工艺流程的基础上,设计了基于工业机械手和机器视觉的模锻生产线机器人化总体方案。该生产线由无人化上料系统、无人化锻压系统、无人化切边系统和无人化整形码放系统4个部分组成,采用输送机实现高温锻件的中间转载。设计了上述4个系统的详细功能,针对性地设计了基于专用棒料箱、基于电磁吸盘、基于机械手的3种无人化上料系统技术方案,提出了以机械手、PLC、摄像头、工控机为核心,基于机器视觉技术实现无人化锻压系统、切边系统以及整形码放系统的思路。针对机器人化锤上模锻生产线中识别带飞边高温锻件异位位置及研制多功能末端夹持器的两大难点,给出了初步解决思路。

气动式苹果采摘末端执行器设计与试验

针对传统苹果采摘末端执行器结构复杂等问题,应用柔性硅胶受气压膨胀变形原理,设计了一种气动式苹果采摘末端执行器,并搭建了相应的控制系统。针对不同气压与不同大小苹果,进行了夹持力与夹紧力试验,探究了不同气压与苹果大小对末端执行器夹持力与夹紧力影响,确定了气动式苹果采摘末端执行器的工作气压为20 kPa。该末端执行器结构紧凑、控制简单,为苹果无损采摘末端执行器的设计提供了新的思路。

角度可调式临时接地线成套线路端线夹研制

临时接地线是保证现场作业人员人身安全的安保线,而现有的临时接地线线路端线夹在接地点与地面呈大角度的接地点,装拆时存在一定问题。文章总结了国内外各种线路端线夹的结构性能特点,提出了角度可调式线路端线夹的几种可行方案,并进行相应的结构设计及试验效果验证。结果证明,角度可调的成套线路端线夹可降低操作难度,缩短安装时间。

夹剪一体的荔枝采摘末端执行器设计与性能试验

针对荔枝串果低损高效的机械化采摘,设计了具有单动力源驱动、夹剪一体的荔枝采摘机器人末端执行器,构建了剪切力学模型和稳定夹持力学模型,分析了夹持模块的力封闭性,推导了稳定夹持的三点接触正压力计算模型,设计了末端执行器的物理样机,并对其进行了采摘、负重和抗遮挡干扰工作性能试验。试验结果表明:末端执行器具有良好的夹持负重能力,串果母枝直径分别为3 mm和7 mm时,动态最大负重质量分别为1.33 kg和3.01 kg;采摘时能快速剪切母枝并稳定夹持串果,平均夹剪时间为2 s,串果母枝直径5 mm以下采摘成功率均为100%,串果母枝直径6~7 mm采摘平均成功率为70%;具有中等抗遮挡干扰采摘能力。

落锤冲击下伪弹性TiNi合金固支梁的响应特性研究

主要通过实验并辅以数值计算,对伪弹性TiNi合金固支梁的落锤冲击响应进行了研究,目的是研究相变对结构动态响应的影响。结果表明固支梁在大质量块的低速冲击作用下,由早期的弹性弯曲波动响应,发展到整体结构响应。相变和相变铰的形成,改变了梁的行为,特别是相变的可逆性使梁在卸载后恢复原状,呈现出与传统理想弹塑性梁不同的响应特性。

钵苗自动移栽机器人抓取指针夹持苗坨参数优化试验

设施农业里末端执行器实现钵苗夹持作业是自动移栽机的关键技术之一。为提高抓取指针夹持苗坨可靠性,进行相关取苗参数优化试验。该文设计了一种以万能试验机为基础可调节指针夹持压缩苗坨的测力平台,建立力学传递模型获取指针对苗坨的夹紧力。以黄瓜钵苗为研究对象,以指针夹持角度(指针与垂直方向成4°、7°、10°和13°)、夹持指针数(三指和四指)、苗坨含水率(65%、75%、85%和88%)、3组钵苗长势(小苗、中苗和大苗)及2种苗坨基质体积配比(泥炭∶蛭石∶珍珠岩体积比分别为6∶3∶1和7∶2∶1)为影响因素,以指针对苗坨的夹紧力为优化目标,进行单影响因素的分析试验。试验结果表明,5个因素均对夹紧力变化有影响;其中各因素的较优项为:指针夹持角7°、四指、苗坨84%含水率水平、长势中等以上(主茎杆或根系长分别大于30和87 mm)和基质体积配比(泥炭∶蛭石∶珍珠岩)为6∶3∶1;末端执行器在以上较优状况夹持作业时,指针向苗坨中心压缩可获得稳定上升的夹紧力,从而提高抓苗移栽可靠性。该研究为指针式末端执行器设计和适合机械移栽的钵苗农艺提出提供参考。

几种数控机床回转轴的定位夹紧方式

针对双摆角数控万能铣头和数控转台等实现五轴加工中心回转进给运动的功能部件,对其回转轴的定位夹紧机构的设计进行了深入的研究,介绍了几种数控机床回转轴设计中常用的定位夹紧方式,并阐述了各定位夹紧机构在数控机床回转轴中的设计和应用方法。

变压器端部铁轭夹件肢板区域三维电场分析

针对端部出线变压器铁轭夹件肢板边缘区域电场集中的问题,以一台220 kV变压器为例,利用Pro/E建模技术和Ansoft有限元分析软件,对变压器端部高压引线与铁轭夹件肢板区域电场进行了三维分析,得出高压引线与肢板的距离及其走向影响肢板边缘的电场分布,在此基础上,通过采取在肢板表面覆盖绝缘层的措施,降低肢板表面油中场强,给出了当绝缘层厚度分别为1 mm、2 mm和3 mm时肢板表面及油中电场分布。结果表明,加盖绝缘层可使肢板表面油中最大场强降低,且油中最大场强随绝缘层厚度增加而下降。

卡箍式快开釜分析设计

介绍了两半环式卡箍快开釜的平盖、卡箍、筒体端部的设计方法，对采用GB150．3附录C．7卡箍紧固结构的计算和有限元计算结果进行比较，两种计算方法的结果差距较大，各部件卡紧环根部环向截面第三、第四当量应力，按附录c．7计算值仅是有限元的51％～56％，原因是该截面剪切应力并非均匀分布，有约等于2的应力集中系数。卡箍、筒体端部卡紧环根部横截面第三、第四当量应力，按附录C．7计算值是有限元的1．41～1．96倍，原因是该处应力属三向受拉区，第三、第四当量应力远小于轴向应力，应校核其三向主应力之和小于4倍设计应力强度，防止脆性断裂。卡箍快开釜属疲劳容器，平盖、卡箍、简体端部卡紧环根部均有较高的应力集中，应是圆弧过渡，其圆弧半径的确定是疲劳容器设计的重点之一，并研究了过渡圆弧半径对危险截面当量应力的影响，及过渡圆弧半径与应力集中系数的关系。

串番茄采摘末端执行器的设计与夹持实验

基于串番茄生长特性和采摘要求,设计了一种适应于采摘成串番茄的末端执行器。基于螺旋理论,建立了夹持接触力学模型,分析了夹持的力封闭性;同时,建立了稳定夹持模型,对夹指的可靠夹持力进行了分析,得出夹持力F≥8.24N。制作了物理样机,并对直径为3~8mm的串番茄母枝进行了负重干扰性能的夹持实验,实验结果表明:夹指所能承受的动态负重随母枝直径的增大而增大,最小动态负重为1.015kg,完全满足采摘串番茄时的夹持能力需求。