路灯车的抗倾覆稳定性分析  武江路灯车出租. 武江路灯车, 武江路灯车价格   高速化、高精度、抗冲击、低噪声、轻量化和长寿命成为机械产品性能的发展目标，其动态特性研究越来越成为机械产品设计的关键。路灯车是一类具有某种功能的车辆，它们能通过自身携带的工具来实现特定的功能，例如抢险救灾，路灯车在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，各种各样的路灯车虽然功能、结构方面都有着一定的差别，但是都有着同样的目的，就是在为人们的生活提供着一定的便利，帮助人们更好地实现快捷、现代化的生活。专用路灯车是指装有专门设备，专门从事运输或者专门作业任务的车辆，市政路灯车属于专用路灯车的一部分，其目的主要是对市政建筑进行维护；城市环卫作业车辆属于市政路灯车，包括洒水车、清扫车、修剪树枝车等，工程吊装和高空作业较为频繁；且因城市道路复杂，作业地点多变，环境路况复杂，交通环境各异，这些复杂的作业和工作环境对路灯车的作业范围、安全性、稳定性、效率等方面提出了更高的要求。一般的路灯车的功能较为单一，无法实现一车多用，这就导致完成各种市政工程工作需要多种路灯车辆，浪费人力和资源成本；制造集多种功能于一体的路灯车已经成为一种趋势，其中工程机械臂是这类工程机械必备的关键、重要部件，工程机械的作业工况通常是比较恶劣的工况，工程机械臂所受的载荷情况较为复杂，为保证其工作安全可靠，提高施工质量和作业效率，对其进行准确的运动学和动力学分析非常必要。

     设计一个装载于路灯车尾部的多自由度机械臂，机械臂的尾端能通过快换平台装载多种工作装置（如清洗护栏、修剪绿篱、喷洒农药、高空作业围栏、路边挖坑装置等），通过多自由度机械臂配合快换平台实现多种工作装置的安装，达到一车多用，节约人力和资源成本。本车专门用来处理一年中偶尔需要进行的工作，而不是频繁要进行的工作。若是经常做的工作，则采用单功能路灯车更合适，比如洒水车等。机械臂在静态和工作状况下均承受较大载荷，并且应该能够适应多种工作状况，要求工作可靠、运动灵活，是本课题的研究核心。

      路灯车是工程作业的核心力量，它的出现使得工程的进度大幅度增加，在保障工程质量的前提下，节省了人力，提高了效率；常用路灯车主要有：重型运输车辆、大型吊车、推土机、挖掘机、装载车、压路机、工程抢险车、越野路灯车、政府专用路灯车、装甲路灯车（战斗路灯车）、氧化剂污水处理路灯车等；常见的工作包括工程中的吊重、挖掘、运载、抢修，甚至作战等，这些路灯车大多数为柴油路灯车，为了符合环保的要求，新能源路灯车也开始使用，它能够减少废气排放，安全性能也得到提高。顾名思义，路灯车是一种具有多种功能的机械，是多工况下工作的机电液一体化的产品。主要用于清除障碍物，维护道路，抢修机场，抢险救灾，修建供紧急着陆的简易场坪以及工程构筑作业等。路灯车一般具有洒水、铲运、开路、破碎、起吊、切割及挖掘等功能，可配置各种附属工具，完成不同作业，节约成本，整体结构紧凑，实现一车多用[2,3]。20世纪60年代以后，路灯车引起社会的关注，世界各国开始研发、运行不同类型的路灯车来满足市政建设、抢险救援等多种工况的需求；美国M9、英国CET、法国EBG等不同类型的路灯车开始应到各种工程中，这种路灯车具有吊、挖、铲等于一体，具有高效、安全作业能力。我国路灯车起步较晚，目前应用得不算广泛，仅集成有少数功能，如集挖掘、钻孔、拖扒等功能于一体，集成性不高，因此，集多种功能于一体的路灯车前景广阔，市场需求很大。机械臂是路灯车的重要组成部分，传统的机械臂由机座、大臂、小臂、腰部、末端机械手等组成，串联机械臂是小臂和大臂以串联方式连接起来，它是由关节把一些连杆联接到一起的连杆结构，通常包括转动关节和移动关节；串联机械臂具有模仿人类的机构，这样能够将目标物体放到任意的位置；转动关节制造成本较低，并且它能够提供较为灵活的活动空间。机械臂已经广泛应用到生活以及工业中，机械臂不仅能实现抓取、定位、焊接、切割等一些简单的动作，而且在汽车产业中能完成装配零件以及安装电路板上的集成芯片等这样的复杂的操作，因此机械臂所起的作用日益突出。

    国外的多自由度机械臂于20世纪40年代开始进入研究阶段，机械臂最早的想法来源于电遥控操作器和数控机床，把这两项技术有效地结合在一起，便成为今天所说的机械臂；随着对机械臂的研究不断深入，已经应用到各个领域，如：工业生产机械臂、医疗机械臂、智能服务型机械臂以及空间机械臂等。

     3（1）工业生产机械臂工业生产机械臂发展历程较长，在工业领域应用广泛。1947年，在美国的国家实验室，科学家把多自由度机械臂应用在放射性物质的处理上，1951年，麻省理工大学研发出第一台数控机床，随着研究的深入，第一台可以编程的电气工业机械臂诞生，这是工业生产机械臂的最初阶段。工业生产机械臂发展的第二阶段大概出现在1970年，申请了诸多关于机械臂的论文和专利，此后各式各样的机械臂出现在工业生产的流水线中，由于消息的流通性较差，机械臂也只是在发达的国家投入使用，如美国、英国等，普及程度不高。在此阶段，机械臂特点是体积较为庞大、价格高、动作较为简单。随着大规模集成电路的迅速发展，工业生产机械臂出现了第三次发展，机械臂中安装微型计算机，并作为控制核心，在很大程度上提高了机械臂的使用性能，降低了成本，体积也有较大的减小。较为典型的国家是日本，在日本国内机械、电子等行业已经广泛使用机械臂，并且日本的产品已经跨国销售。全面市场化以及广泛的应用是第四个阶段，工业机械臂已经逐步代替人类劳动，使人们从繁重的体力劳动中解放出来，人类不必亲自动手装配、焊接零件，机械臂可以代替工人完成相应的任务，工人只需操作机械臂即可，尤其是在较为恶劣的场合，机械臂的优势更为明显。在发达国家如美国、德国等已经形成了专门研发、生产机械臂的机构和企业，这不仅满足国内的需求，同时大量拓展国外市场。图1.1工业生产机械臂（2）医疗机械臂医疗机械臂的出现促进了医疗事业的发展，利用机械臂的多自由度和智能化，可以完成复杂的医疗任务，利用多关节性研究出仿造人类的腿部和胳膊，帮助一些残疾人过上正常人的生活。智能型促进了手术机械臂的发展，由于人类生理限4制，手术要求的精度非常高，在手术过程中医生不能够保证没有失误，但是智能机械臂能够确保手术的精确性和安全性，而且能够延长手术的时间，使得手术顺利完成。图1.2医疗机械臂（3）空间机械臂空间机械臂是指可用于航天飞机、太空飞行器等场合的机械臂，可以看作是一个智能化的机器人，具有精准的操作定位能力以及视觉鉴别能力，不仅是空间站建造、维护、监测的关键设备，也将促进空间科学的发展。空间机械臂可以分为舱内与舱外机械臂，它们具有尺寸小、质量轻的特点，主要完成舱内设备装配、维护，空间漂浮物的抓取，还是航天员舱外的辅助设备。较为典型的国家有美国、德国、日本等，这些发达国家的空间机械臂既具有自主分析能力，也可以由航天员控制，是集机械、动力学、电子和视觉等诸多学科为一体的高端航天设备，是航天飞机开创的空间机构发展的新方向。

       

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       我国的多自由度机械臂开始进入研究阶段，比国外晚了近30年，我国多自由度机械臂的发展也经历了三个阶段。1987年至1993年期间，根据国外的多自由机械臂的发展我国提出了机械臂的发展纲要，争取在20世纪末实现机械臂在工业领域的全面使用，同时大力发展一些特殊的机械臂以满足医疗、海洋、太空等领域的需求。“863”计划中将机器人方面的发展纳入其中，两足步行机器人就是哈尔滨工业大学在这个时代研发出来的。1993年至1997年期间是多自由度机械臂快速发展的第二个阶段，已经应用到各行各业。凭借改革开放这股热流，机械臂在汽车制造、电子等行业起着不可代替的作用，为我国经济的快速发展做出了卓越的贡献，高压水切割机器人以及遥控移动机器人就是这个时期的研究成果。1997年至今是机械臂发展的第三个阶段，在制造业领域机械臂已经全面覆盖，我国该方面的科研水平已经与世界接轨，企业和一些高校建立了机械臂研究实验室。这一时期，我国取得了巨大的成果，蒸汽发生器检修机械臂是哈尔滨工业大学研究的成果，目前我国正朝着高精尖的目标继续迈进。

     本文主要内容本课题的研究针对一个装载于车尾部的多自由度机械臂，机械臂能够实现伸缩、俯仰、升降、回转等功能，具有360°回转、-30°～90°俯仰、升降1m和伸缩2m的功能，尾部机械臂的末端设计有水平保持平台，在该平台上安装快换平台，通过该平台装载多种工作装置（如清洗护栏、修剪绿篱、喷洒农药、高空作业围栏、路边挖坑等装置），使路灯车具备多种功能，达到一车多用的目的；6这就对路灯车尾部装载的机械臂要求较高，必须能承受较大载荷、运动灵活、同时在到达固定位置后可以可靠锁紧以便工作装置开展相应工作，为路灯车的整体布局，显示了机械臂在车上的安装位置。 （尾部为多自由度机械臂）1-车身；2-前吊臂；3水箱；4-后作业臂（多自由度机械臂）本文需要做的工作有以下几项：（1）建立三维模型利用三维造型软件UG[4]建模，并将所建零部件模型进行装配；规避零件之间的干涉现象，并合理修改局部结构，建立符合研究、分析目标要求的机械臂。

    （2）运动学分析运动学分析主要研究各个构件的位移、速度、加速度，本文从正运动学和逆运动学两个方面进行分析，运用D-H法则建立运动学方程，得出末端执行装置的工作域。

    （3）动力学分析主要研究机械臂的运动与驱动力和驱动力矩的关系，运用牛顿-欧拉方法研究动力学问题，分析升降臂和伸缩臂等各个节臂的动力学参数值。

    （4）仿真分析和有限元分析为了验证建造的模型能否实现预先的目标，先通过仿真软件ADAMS进行动力学仿真。把从UG中输出的文件导入到仿真软件ADAMS中，为满足实际的工作情况要求，对有关情况进行必要的简化，然后添加约束，在液压缸处添加动力，完成仿真分析。在仿真结果中输出工作平台的位移、速度、加速度曲线，以及相应的角速度、角加速度曲线，验证其结果是否达到目标要求。刚度和强度是描述机械臂结构合理性的重要基础依据。机械臂在工作过程中，自身的变形量的大小对整体结构的动态特性和定位精度有很大的影响，防止局部失稳，也是机械设计过程中的重要部分。本文通过有限元分析软件ANSYS对机械臂进行分析，评定其刚度和强度值，得出最恶劣工况下的最大应变值和最大应力值，以此来验证其结构是否可靠。在实际应用中，除机械臂自身重量和一些永久性载荷外，还有动载荷，动态分析属于动力学问题的范畴，模态分析是动力学仿真的基础，本文对关键部位进行模态分析，以此验证在实际工况条件下，安全性、稳定性方面是否达标。

   

  （5）抗倾覆性分析采用力矩法及重心位置计算倾覆力矩，校核路灯车的稳定性，路灯车的抗倾覆稳定性分析是针对其最恶劣作业工况进行评估，达到要求的稳定性和安全性。

       

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