基于虚拟样机技术的移液机械臂的设计与研究.pdf

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1、机械设计与制造第3期MachineryDesign&Manufacture20l3年3月基于虚拟样机技术的移液机械臂的设计与研究姜凤敏，郭卫东，张鹏，赵勇博’(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京lOOl91；2．中国中医科学院两苑医院实验研究

2、}1心，北京100091)摘要：以黄芩苷的结晶提纯为背景，基于虚拟样机技术，设计了四自由度移液机械臂的机械系统和控制系统首先，利用SOLIDWORKS实现了移液机械臂的三维建模，将其导入机械系统动力学分析软件ADAMS中进行运动仿真和动力学仿真；其次，利用ADAMS／CONTRO

3、L模块实现ADAMS与MATLAB／SIMULINK的数据传递，进行控制系统的仿真；最后，利用有限元分析软件ANSYS对重要零部件进行有限元分析仿真分析的结果可以优化设计方案、提高设计效率，更表明多软件仿真分析的方法在复杂机电系统的设计中具有重要作用．．关键词：黄芩苷；虚拟样机技术；SOLIDWORKS；ADAMS；MATLAB；ANSYS中图分类号：THI6；TQ460．5文献标识码：A文章编号：100l一3997(2013)03—0094—03DesignandResearchofRobotArmforTransferingP

4、ipetteBasedonVirtualPrototypeTechnologyJIANGFeng—rain‘，GU0Wei—dong，ZHANGPeng，ZHAOYong—h{)’(1．SchoolofMechanicalEngineeringandAutonmtion，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191China；2．ResearchCenter，XiyuanHospitalofChinaAcademyofChineseMedicalScienc

5、es，Beijing10009l，China)Abstract：MechanicalsystemandCONTROLsystemforrobot(”Inweredesignedbasedonthevirtualprototypetechnology．Itcanberasedtotransferpipetteincrystallizationand~olationrBaicalin．First，athree--dimensionalmodelwithfourJkeedomsWasbuiltnSOLIDWORKS$o~ware．The

6、n．theformattedmodez椰importedntoADAMSforkinentaticanddynamicsimulation．Next．CONTROLsystemestablishedinSIMUIINKmodularandADAMS／CONTROLcusedtopassdatabetweenMATLABandADAMS．Atlast，finiteelementanalysis椰implementedbyusingANSYSsoftw(Lre．esimulationresultswhichcanfPoptimizet

7、hedesignandimprovethee~ficiencyindicatethatco-simulationbasedonmuhi-swareSisofgreatimportanceforthedesignofcomplexelectromechanicalsystems．KeyWords：Baicalin；VirtualPrototypeTechnology；SOLIDWORKS；ADAMS；MATLAB；ANSYSlI商2虚拟样机机械系统设计黄芩苷(Baicalin，BC)是中药黄芩中的主要成分，具有抗炎、2．1需求分析抗

8、变态反应(HIV)、泻火、解毒等作用lI。鉴于其物理化学特性，目在结晶法制备黄芩苷的过程中，移液机械臂应快速准确地前，对黄芩苷分离提纯主要采用结晶法I21。将装有黄芩提取液的移液管由水浴烧杯搬运至激光粒度仪进样虚拟样机技术的基础，主要包括五个方面：几何建模、多物域，并驱动移液管取样和放样。要完成以上任务，移液机械臂需要具有四个自南度，分别是理场仿真、系统动力学仿真、控制系统仿真和样机测试[31。运用虚腰部转动、工作平台上下移动、执行机构定轴转动、操作末端驱动拟样机技术，可以大大简化机电产品的设计开发过程，大幅度缩移液管活塞上下移动

9、，机构简图，如图1所示。短产品开发周期和降低开发费用，提高产品的系统级性能。2_2机械结构设计移液机械臂在结晶法制备黄芩苷的过程中具有重要作用。为了准确建立移液机械臂的三维模型，选用SOLIDWORKS通过减少人为因素的十扰，能够降低批间差，提高生