管道清灰机器人操作臂优化设计模型的建立

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1、·机械研究与应用·2012年第4期(总第120期)研究与分析管道清灰机器人操作臂优化设计模型的建立罗海玉，李琴兰，杨静，张淑珍(1．天水师范学院5-学院，甘肃天水741001；2．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，甘肃兰州730050)摘要：为使管道清灰机器人操作臂机构的优化设计过程简化，经分析管道清灰机器人操作臂的特点，将其分解为六连杆转斗机构和举升机构两大功能相对独立的子机构。通过选取对操作臂性能影响最大的初始铲取位置时的传动比的倒数为目标函数，以边界约束、性能约束、运动协调性约束、油缸稳定性约束等为条件，建立了管道

2、清灰机器人操作臂优化设计数学模型。应用Matlab／Simulink软件编制了优化计算程序，分析得到了管道清灰机器人操作臂的优化尺寸参数。为管道清灰机器人的整体优化提供了思路，同时，为今后此类六杆机构的设计提供一定的理论依据和方法。关键词：管道清灰机器人；操作臂；优化设计；数学模型中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)04—0033—04TheestablishmentoftheoptimaldesignmodelofoperatingarmofpipeclearingashrobotLuoHai-yu，

3、LiQing-lan，YangJin，ZhangShu-zhen(1．Schoolofengineering，Tianshuinormalunwe~ity，TianshuiGansu741001，China；2．Keylaboratoryofdighalmanufacturingtechnology&application，theministryofeducation，Lanzhouunivemityoftechnology，LanzhouGansu730050，China)Abstract：Inordertosimpli~thedesign

4、processandreduceoptimizationscale，Throughanalyzingthecharacteristicsofoper-atingarnlaboutapipeclearingashrobotanditisbrokedownsix—barfighttransferagencyandliftingmechanismofrelativelyindependenttwosub—sector．ByselectingreciprocalofthemostinfluentialdriveratiotOtheinitialpos

5、itionofshovelastheob·jectivefunctionandbasedontheboundaryconstraints，performanceconstraints，motorcoordinationconstraintslIstabilitycon·straintsofcylindercondition，theoptimizationmathematicalmodelisestablished，optimizedprogramiswrittenhyMatlab／Sim-ulinkandtheoptimizep~flmete

6、rsofcharacteristicsofoperatingarmaboutapipeclearingashrobotaregotbytheanalysis．aguidelineisprovidedfortheoveralloptimizationofpipelinecleaningrobot．butforthefuturedesignofthesesagenciesalsocouldprovideatheoreticalbasisandmethods．Keywords：pipeclearingashrobot；operatingarm；op

7、timization；mathematicalmodel1引言斗油缸、举升油缸等组成。操作臂尺寸的合理性直接金属冶炼厂的烟气输送管道距熔炼炉出口处影响其工作效率、负荷、动力与运动特性、工作循环时500m左右管道底部每周可形成约lOOmm烟灰堆积间、外形尺寸和发动机功率等。层，需定期进行清理。传统的人工清理方式，由于管道直径过小，人无法直立，清理工作极不方便，另外，由于毒性及辐射物质过多，工作环境对人危险性极大。因此研制适合直径为700—1000(mm)的管道清灰机器人⋯，采用自动化清灰，即可以提高效率，又可以减轻对工人身体的危害。本文结合具体

8、工况环图1管道清灰机器人的本体结构境提出了三组履带管道内带行走清灰机器人，其三维结构模型如图1所示。不同类型的操作臂其组成是不同的。根据管道该移动机构由三个呈120