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目前國(guó)外先進(jìn)的自行火炮有俄羅斯1988年裝備的2C19式152mm自行榴彈炮，自動(dòng)裝填彈丸，發(fā)射藥由半自動(dòng)裝填機(jī)裝填，最大發(fā)射速度為達(dá)8發(fā)/分鐘；德國(guó)19%年開始列裝的PzH2000自行火炮，實(shí)現(xiàn)10發(fā)/分鐘或20發(fā)/分鐘的理想發(fā)射速率，但為純手工裝填發(fā)射；瑞典2008開始裝備的“弓箭手”FH-77BW式155毫米自行榴彈炮，能進(jìn)行3發(fā)/15秒的急促射，2.5分鐘內(nèi)發(fā)射完20發(fā)彈；美軍2009年開始裝備的新型M109A6-PIM自行榴彈炮采用了為“未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)”非直瞄火炮NLOS-C研制的自動(dòng)裝彈機(jī)，最高射速超過(guò)12發(fā)/分鐘。本研究所針對(duì)的某型自行火炮的藥筒裝填方式仍為人工裝填，極大限制了火炮的發(fā)射速度。提出設(shè)計(jì)一種藥筒裝填機(jī)械臂，以實(shí)現(xiàn)該型自行火炮彈藥裝填的自動(dòng)化，提高自行火炮彈藥裝填效率。在對(duì)裝填機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)有限元分析、本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軌跡規(guī)劃分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建裝填機(jī)械臂虛擬樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，從而得到各關(guān)節(jié)參數(shù)，為關(guān)節(jié)電機(jī)選型提供依據(jù)，將仿真結(jié)果反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而建立交互式設(shè)計(jì)模式。
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)機(jī)器人設(shè)計(jì)手冊(cè)并結(jié)合機(jī)械臂的實(shí)際任務(wù)要求確定機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)方式、本體材料、電機(jī)布置等機(jī)構(gòu)方案，運(yùn)用CAD二維畫圖軟件畫出機(jī)械臂各部結(jié)構(gòu)圖及總體裝配圖。
三維實(shí)體模型建立依據(jù)機(jī)械臂本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用3DMAX建立裝填機(jī)械臂三維實(shí)體模型。
依據(jù)軌跡優(yōu)化結(jié)果，確定各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍，最大轉(zhuǎn)速、最大角加速度，依據(jù)本章動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，確定各關(guān)節(jié)最大轉(zhuǎn)知、最大功率，并依據(jù)以上參數(shù)選取合適的電機(jī)。
1.根據(jù)對(duì)機(jī)械臂本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建立機(jī)械臂三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ADAMS中構(gòu)建虛擬樣機(jī)，再對(duì)各關(guān)節(jié)添加運(yùn)動(dòng)副，對(duì)末端執(zhí)行器添加載荷，對(duì)各關(guān)節(jié)添加motion，并在motion中輸入優(yōu)化后的關(guān)節(jié)空間軌跡函數(shù)。2.仿真得到各關(guān)節(jié)以時(shí)間為變量的力矩變化曲線，用該結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行修正，再反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而形成一種交互式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。3.將動(dòng)力學(xué)分析得到的小臂關(guān)節(jié)受力和力矩動(dòng)態(tài)變化值添加到小臂兩端關(guān)節(jié)處，對(duì)小臂的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行有限元分析，校核小臂的強(qiáng)度和剛度，結(jié)果表明小臂最大應(yīng)力為101MPa。3.101MPa遠(yuǎn)小于合金鋼許用應(yīng)力值，且應(yīng)變也可忽略不計(jì)。
因此，通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析和有限元校核證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合操作任務(wù)對(duì)其強(qiáng)度和定位精度的要求。
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