基于并联机构的物料振动分拣平台的设计与研究

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物料振动分拣平台是振动分拣系统的核心装置之一,用于实现物料的振动翻转功能。现有的装置通常在一端安装单维振动源,物料在振动过程中会向另一端横向移动,并且振动后有重叠堆积的现象,振动分拣效率不高。基于并联机构可实现多维运动的特点,本文提出了一种3自由度并联物料振动分拣平台,在动平台竖直运动的基础上,增加摆动和水平平移两种运动,实现将两侧物料移至中间和平铺堆叠物料的功能,增加单周期可分拣物料的数量,进而提高分拣效率。论文主要工作有:  第一,对振动分拣系统的整体方案进行设计,确定振动分拣平台为两平移一转动共计3个自由度。基于方位特征的机构拓扑理论构造了三种新机型,优选2—PRU⊕ PRC机型为主体并联机构的初步优选机型。在Pro/E软件中建立机构的三维原理模型,并导入ADAMS软件中进行运动仿真验证,结果显示该机型可实现沿x、z轴方向的平移和绕x轴的转动,满足所需的自由度要求。  第二,运用坐标变换法建立机构的运动学模型并进行运动学分析,得到输入与输出变量间的位置、速度以及加速度关系的数学表达式。应用MATLAB和ADAMS软件分别进行理论计算与运动仿真,二者结果相同,表明机构的运动学求解完全正确。  第三,应用数值法对机构的工作空间进行分析,通过MATLAB软件实现工作空间的可视化输出,该工作空间大于动平台所需的位姿空间,满足使用要求。采用Jacobian代数法对机构的奇异位形进行分析,得到机构处于不同种类奇异位形时的位置条件,指出机构运动控制时要避免使其处于所述的奇异位置。  第四,在所选机型的驱动端增加曲柄滑块机构,使机构由移动副驱动变为转动副驱动,从而降低机构的驱动难度、提高激振频率,并对改进机型进行运动学分析。动平台竖直振动时驱动副所受力矩最大,应用ADAMS软件对动平台沿z轴方向的运动进行仿真,得到驱动电机所需最小力矩值。  第五,基于机构的位置反解结果,运用全微分误差分析理论对动平台的输出位姿误差与主要输入误差源(结构参数误差和驱动参数误差)之间的关系进行计算分析。结果表明:机构上半支链的结构参数误差对机构输出位姿精度的影响比下半支链大;支链Ⅰ、Ⅲ的驱动参数误差主要影响机构的输出线位移精度,支链Ⅱ的驱动参数误差主要影响机构的输出角位移精度。  最后,设计并制作试验样机,选取酒瓶盖为物料,对样机的振动分拣性能进行试验研究,得到适用于该物料的控制参数。
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