基于ADAMS的一种可伸缩多用途手臂消毒机的运动分析

　　在机构设计中,设计的机构从动件必须满足某种运动规律,常规的分析方法是图解法和解析法。前者的设计精度低;后者的计算工作量大,必须借助计算机编程处理。借助ADAMS软件,通过仿真可以确定构件的运动情况,检验构件是否干涉、执行件的运动是否与期望的相符等。ADAMS提供从建立模型、仿真分析到数据后处理等功能强大的设计流程,使产品物理样机制造之前即可对产品性能、品质等进行分析,进一步优化设计,从而降低产品开发成本、缩短开发周期、提高产品性能。

　　本文设计一种新的可伸缩多用途手臂消毒机的伸缩机构,该机构是空间并联,其结构优化、运动学和动力学的求解等比较繁琐。鉴于此,采用ADAMS软件进行设计,并最终做出虚拟样机,测试各种情况下样机的工作性能。

　　机械系统自动动力学分析软件(Automatic Dy2namic Analysis ofMechanical System, ADAMS)包括3个最基本的解题程序模块:ADAMS/View(基本环境)、ADAMS/Solver(求解器)和ADAMS/PostProcessor(后处理)。另外还包括一些特殊场合应用的附加程序模块,如ADAMS/Car(轿车模块)、ADAMS/Flex(柔性模块)、ADAMS/Control(控制模块)、ADAMS/FEA(有限元模块)等。利用该软件进行仿真分析主要包括:机械系统建模、仿真分析、仿真结果分析、验证仿真分析结果、优化机械系统模型(改进载荷函数、定义有关控制等)、重复仿真(定义设计变量)、机械系统优化分析(对设计变量进行优化处理,并进行主要设计影响因素研究)。

　　1　机构介绍

　　可伸缩手臂消毒机(见图1)工作原理如下:由支架4,喷头圆盘6,支架8,带齿轮的螺杆7和导杆9组成第一级机构G1;由带齿轮的螺杆7,喷头圆盘3和驱动齿轮2组成第二级机构G2,第二级机构G2安装在基座1上,喷头圆盘3和喷头圆盘6上边装有喷头,消毒液由液压泵压入管道输送到喷头。未工作时,机构G1缩回在机构G2中,当传感器感应到手或手臂伸入后,机构G1从机构G2中伸出,从而使手臂完全落在消毒机的消毒区域。接着前、后两级的喷头做往复直线运动,并喷射消毒液,对手臂消毒。消毒完毕后,前、后两级的喷头停止喷液,机构G1缩回机构G2里。

　　消毒机的运动结构简图如图2所示。第一级机构中,螺杆8与支架5和支架7通过旋转副连接,与喷头圆盘12通过螺旋副连接,导杆9与支架5和支架7固连,与喷头圆盘12是移动副连接;机构G1与螺杆6是螺旋副连接,与导杆10是移动副连接,驱动齿轮2与基座1是铰接通过旋转副连接,导杆10与基座固连;第二级机构中,喷头圆盘3与螺杆4是螺旋副连接,与导杆11是移动副连接,螺杆6与基座是铰接,导杆11固连在基座1上。

　　运动原理:驱动齿轮14驱动螺杆6转动,机构G1在螺旋副和移动副作用下做直线运动,方向如v1, G1伸出机构G2,调整驱动电动机的转向,则螺杆反转,机构沿着-v1方向运动, G1缩回机构G2。同理,通过调整电动机转向,可以实现两级喷头的往复运动,从而进行循环消毒。该机构是空间并联机构,自由度w为: