概念设计和分析小说入甑机器人

文摘

入甑操作是一个至关重要的过程在酿酒过程中,直接关系到白酒产量和质量。但到目前为止,这一过程仍以手工操作为主。的工作环境,在这个行业劳动力短缺,小说独家甑机器人提出了本文。首先,甑操作流程描述和机器人的结构组成和功能实现特别介绍。其次,运动学问题的立场分析和机器人的工作空间进行了详细分析。第三,实验分析,证明了机器人系统的有效性和效率。最后,规定一些结论和未来发展方向。

1。介绍

白酒行业目前在中国是一个非常重要的行业。据统计,2015年中国白酒生产达到9.6亿升。与汽车行业、电子行业、食品行业、等等,白酒行业仍以手工操作为主。与不断增长的劳动力短缺和劳动力成本增加,酿酒过程的自动化设备的需求增加,这些需求将产生一个非常大的市场。

最近,大量的葡萄酒厂甑操作升级他们的自动化设备。这些技术方法可以分为两类,即nonrobot法和机器人法(1- - - - - -4]。nonrobot方法,一些传统的输送设备,如传送带,用于填补发酵谷物发酵容器。由于该方法不能填补发酵谷物自动均匀地,一个工人是必要的,如图1;换句话说,nonrobot方法只是一个半自动的方法。另一种方法是机器人的方法;通过这种方式,工作系统由six-degree-of-freedom操纵者和料斗,固定在结束的操纵者。工作过程是,首先,发酵谷物都是斗;然后机械手应用于模拟手工操作搅拌发酵谷物发酵容器,如图2。与nonrobot方法相比,该方法可以实现完全自动化,这是白酒行业的重要意义。

摘要小说独家甑机器人提出了。首先,甑操作流程描述和机器人的结构组成和功能实现特别介绍部分2。其次,职位分析和运动学问题,详细分析了机器人的工作空间3。第三,数值实验证明的有效性和效率作了分析部分的机器人系统4。机器人的动态分析是进行的部分5。然后机器人的静态刚度是部分中描述6。最后,一些结论和未来发展方向是规定的部分7。

2。概念设计的甑机器人

为了设计入甑机器人的结构,有必要引入甑操作过程。一般来说,甑操作意味着洒发酵谷物发酵容器。为了最大化白酒产量和质量、洒过程需要一些技能需求,这样操作应该快,发酵谷物应该多孔,轮船应均匀。对于大多数酒厂,发酵容器有一个直径2米,高1.3米。酒工人应该填满在35分钟内发酵容器,这意味着繁重体力劳动。

正如上面提到的,一个机器人方法已经提出了入甑操作来代替酒工人。对于这种方法,发酵谷物填入料斗,固定在机器人的结束;然后机械手应用于模拟手工操作搅拌发酵谷物发酵容器。通过实际工作的经验,这些现有的甑机器人有几个缺点:例如,发酵谷物投掷过程是一个不连续的过程,对生产效率有重要的影响;发酵谷物扔不够均匀,对酒的产量和质量有不利影响。

关注这些问题的现有入甑机器人,小说独家甑机器人提出了本文如图3。整个机器人系统由机械结构部分,红外视觉部分和控制系统部分。潜浮性能一个串行圆柱型机器人设计机械机构形式,选择红外视觉检测蒸汽的泄漏,以及PLC用于形成机器人的控制系统。由于有限的空间,整个机器人系统的机械结构部分是本文的主要研究对象。

作为一个整体,独家甑机器人提出了潜浮性能是一个圆柱形的机器人,如图3和4。机器人可以被视为R-P-R圆柱型机器人,R和P代表转动和移动关节,分别;1首先,驱动电动机和齿轮箱周围形成一个旋转运动设在;因此,整个身体周围的机器人可以实现旋转运动设在。然后驱动电动机和滚珠螺杆形成一个平移运动设在。最后,驱动电动机3和变速箱形成另一个旋转运动设在是平行的设在。

独家甑机器人设计的工作过程如下:首先,发酵的谷物进行的机械臂1虽然机器人的料斗;然后,这些发酵谷物从点对点通过使用螺旋输送机安排在机械臂1。接下来,这些发酵谷物推入机械臂2点 。最后,通过同样的方式,这些发酵谷物挤出机械臂2点通过使用螺旋输送机安排在机械臂2中,以完成整个操作过程。从自由度的角度,提出入甑机器人具有相同的三自由度SCARA型机器人,即两个旋转运动和一个平移运动。但是函数而言,提出入甑从SCARA型机器人,机器人是完全不同的,因为武器的甑机器人作为多功能的身体,也就是说,不仅用来传递运动机器人手臂还用于携带发酵谷物作为执行机构,也就是说,一个明显的差异提出入甑机器人和SCARA型机器人。

此外,相比之下,现有入甑机器人,这种机器人可以填补发酵谷物在连续模式下没有停滞在操作过程中,这是非常重要的关于酒的产量和质量。

3所示。分析了机器人的运动学问题

在本节中,运动学问题的立场分析,工作区,灵巧机器人的详细分析(5- - - - - -11]。首先,逆和远期正电子机制的分析计算了显式的解决方案;然后确定机器人的工作空间,基于前沿分析算法。最后,灵巧和传输机械手的性能是由传动角的概念。

3.1。职位分析

为了提高白酒效率,一入甑机器人充满发酵谷物发酵成两个容器,如图5。进行分析的目的,一个平面坐标系统成立。点坐标原点;点 , 是两个发酵容器的中心点,设置设在线平行 ;和两个发酵容器对称分布设在。根据这些几何关系,闭环机器人的位置方程可以表示为 扩大(1)的收益率

根据(2),给定一组 ,位置坐标 结束的机器人可以直接计算,前沿的解决机制。在这里, , 。

为了得到机器人的逆位置分析,从(2),一个方程的参数之间的关系 , 和 , 可以推导出如下:

扩大(3)的收益率

为了简化计算,我们假设

用(5)(4)的收益率

根据(7),两组的解决方案和可以表示如下:

根据(7)和(8),给定一组的位置坐标 结束的机器人,两组关节位置 机器人的机械臂可以直接计算,即逆正电子解决机制。

3.2。雅可比矩阵奇异的机器人

为了得到机器人的雅可比矩阵,来自双方的2),重写方程矩阵形式的收益 在哪里代表的线速度的机器人,代表这两个旋转关节的旋转速度,和是机器人的雅可比矩阵。

在这里,

当机器人奇异,

扩大(11)给下面的结果:

从(12),当 或π,即两个机械手手臂共线,机器人是单数。

自雅可比矩阵固有的结合位置信息,方向,和关节末端执行器的限制,机器人的灵巧的分析可以进行基于雅可比矩阵,和敏捷测量可以被定义为

3.3。传播天使和传输性能的机器人

为了评估机制的传输性能,传动角设计。在一个特定的时刻,结束的线速度的机械臂1被定义为如图5;这时,机械臂的轴线方向向量的2和形成一个夹角 。然后天使被定义为传播的天使两者之间的机器人机械手的手臂,和天使的余弦值被定义为传播指数两个机械手臂。

在这里, 当 , ;这意味着,在这种情况下,机械手手臂的传输性能是最好的。当 , ;这意味着两个机械手臂是共线的在这种情况下,机器人是在奇异的配置,这种配置是最糟糕的情况。

4所示。数值例子

在本节中,正电子分析,工作区,灵巧,传输性能的机制是列举了相应的数值模拟。为了一致性,两臂的长度参数定义如下: 毫米, 毫米。中央的发酵容器设置如下: , 。两个机械臂的摆角范围设置如下: , 。

4.1。职位分析模拟

对于远期正电子分析给定的一组随机的输入 ,位置坐标 结束的机器人可以计算,和相应的参数表中列出1;与此同时,相应的配置相对于计算图中描述的解决方案6。

对于逆正电子分析,给定一组的位置坐标 结束的机器人关节的位置 机器人的机械臂可以计算;对应的参数表中列出2;与此同时,相应的配置相对于计算图中描述的解决方案7。

4.2。工作区测定模拟

机器人的工作空间的决心可以进行基于前沿分析算法,和无网格方法应用于确定机器人的工作空间可及。可及的工作空间的机制如图8。

4.3。灵敏度分析的仿真机器人

机器人的灵巧的能力可以被认为操纵国任意改变它的位置和姿态或应用在任意方向力和力矩。在本节中,机器人的灵活性可以通过使用(13),可以计算机制的模拟,如图9。

4.4。传输性能的机器人

传输性能的机器人将通过两臂之间的压力角。机器人的传输性能可以得到基于(14),数据描述的解决方案10和11。

5。机器人的动力学分析

在本节中,机器人的动力学分析的基础上进行运动学建模和拉格朗日动力学方程。

根据多链路机制的动态模型,可以建立机器人的动力学方程: 在哪里代表机器人的关节驱动力矩, , , 站对位置、速度和加速度向量的机器人关节, , , 代表惯性矩阵,科里奥利力和向心力矩阵,矩阵和重力的操纵者,分别。

如图4应该注意,力量沿着设在可以直接由力学公式计算: 在哪里是所有的机器人手臂的重量包括发酵谷物和和重力加速度,平移运动加速度的机器人手臂设在。

两个转动关节的驱动力矩由拉格朗日动力学方程可以计算: 在哪里 在哪里和站的权重臂1和臂2包括发酵谷物,和站在手臂的长度1和手臂2,和和支持arm的重心位置1和手臂2。

逆动态分析,两个转动关节的驱动力矩,驱动力量的联合可以计算(翻译16)和(17),考虑到位置,速度,加速度,重量和尺寸参数的机器人。的权重的动态分析,可以通过发酵谷物(16)和(17),考虑到位置,速度,加速度,维参数,和机器人的驱动力量。

6。机器人的静态刚度分析

考虑到高定位精度和速度缓慢甑机器人工作环境的需求,研究了机器人的静态刚度分析的有限元方法在这一节中。首先,根据原始的几何模型,建立了有限元分析模型使用商业软件,如图12。然后,实际工作约束条件给出了有限元分析模型。最后,机器人的静态刚度由软件计算不同的工作阵地,和结果在图所示13和14。

7所示。实验结果

的物理原型甑机器人数据所示15和16,这是用于酒厂。根据生产数据比较,酒从500公斤发酵谷物产量约210公斤用甑机器人,由手动过程相比,约190公斤,机器人的方法有着广泛的应用前景。

8。结论

本研究的主要贡献是提出了一种新颖的独家甑机器人,而现有的甑机器人;这种机器人可以填补发酵谷物在连续模式下没有停滞在操作过程中,这是非常重要的白酒产量和质量。首先,甑操作流程描述和机器人的结构组成和功能实现特别介绍。其次,运动学问题的位置分析、工作空间分析、灵敏度分析,机器人的传输性能进行了分析。第三,实验分析,证明了机器人系统的有效性和效率。机器人的运动学研究的基础上,逆和转发的动力学分析和刚度性能和运动学优化机器人将在未来的工作中,研究和应用和传播这部小说入甑机器人是白酒行业的重要意义。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的智能制造技术的主要项目天津(15 zxzngx00040 15 zxzngx00270, 16 zxzngx00070)。

引用

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