易損棒料高速柔和交接關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)分析與優(yōu)化

田海豹，劉子建，余治民，呂程

(湖南大學(xué) 汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410082)

批量生產(chǎn)同種規(guī)格小尺寸圓柱條形產(chǎn)品的典型工藝是先制造長(zhǎng)棒料，然后截?cái)喑梢?guī)定長(zhǎng)度，再進(jìn)行裝配、落料、包裝等。如采用注塑、擠壓、卷制成型等加工出長(zhǎng)條棒料，使其在傳送導(dǎo)軌上沿軸向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)周期性工作的軋斷(切割)裝置的高速精密剪切[1]，截?cái)喑身樞蜉S向排列的多支短棒料；繼續(xù)軸向運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)交接裝置轉(zhuǎn)換為徑向運(yùn)動(dòng)，以便完成棒料端面的裝配和封口等工藝，最后落料、包裝。如圖1 所示。例如煙支的生產(chǎn)，先卷制長(zhǎng)煙條，然后切割，最后接裝上過(guò)濾嘴并進(jìn)行檢測(cè)和包裝等，是一種典型的應(yīng)用[2]。上述工藝的特點(diǎn)是必須在不損壞棒料的前提下完成對(duì)其高速軸向運(yùn)動(dòng)向高速?gòu)较蜻\(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，即高速柔和交接。交接動(dòng)作是通過(guò)交接裝置的抓取器“抓住”正在軸向運(yùn)動(dòng)的棒料，并傳送給接收器被“接收”而完成的。抓取器的“交”和接收器的“接”包含了實(shí)現(xiàn)高速柔和交接必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，其一是保證抓取器與棒料的軸向運(yùn)動(dòng)同步，接收器與棒料的徑向運(yùn)動(dòng)同步,其二是控制棒料交接過(guò)程中摩擦、碰撞等因素可能導(dǎo)致的產(chǎn)品損傷等。本文作者研究易損棒料高速軸向-徑向柔和交接問(wèn)題，包括柔和交接的概念、技術(shù)條件和關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)當(dāng)前主流交接技術(shù)的分析等，繼而提出了一種新的交接技術(shù)，并以煙支卷接為工程實(shí)例對(duì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和比較分析。

圖1 小尺寸棒料生產(chǎn)典型工藝流程Fig.1 Typical process of production of small-size bars

1 問(wèn)題描述

易損棒料高速軸向-徑向柔和交接需滿足高速交接和不損傷產(chǎn)品2 個(gè)基本需求，其特征為棒料以高速軸向運(yùn)動(dòng)輸入，以高速?gòu)较蜻\(yùn)動(dòng)輸出。對(duì)于生產(chǎn)率為n 件/s、長(zhǎng)為L(zhǎng)、直徑為d 的棒料，交接前軸向速度Vbar的大小為nL。

為滿足柔和的條件，交接裝置的抓取器在“抓取”易損棒料的瞬時(shí)速度Vc要與棒料運(yùn)動(dòng)速度的方向一致、大小相同。抓取動(dòng)作要求柔和，則不宜采用機(jī)械夾持的方式，而是采用吸附式抓取，即利用真空、液體、靜電、磁場(chǎng)所產(chǎn)生的吸附力來(lái)抓取棒料[3]。吸附力F 克服棒料所受的重力G 和離心力Fn使棒料不被甩掉，而最大摩擦力f=uF 克服棒料慣性力使棒料在抓取器中不產(chǎn)生滑動(dòng)。

易損棒料隨抓取器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)因素也可能導(dǎo)致其損傷。如內(nèi)部為填充物的易損棒料，若軸向加速度ay大于許用軸向加速度[a]y，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部材料不均勻或端部材料脫落；剛性差的易損棒料，若徑向加速度ax大于許用徑向加速度[a]x，則會(huì)發(fā)生斷裂。故確定柔和交接關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)X 時(shí)，要滿足目標(biāo)min|amax|。同時(shí)為保證交接過(guò)程不發(fā)生干涉，棒料的運(yùn)動(dòng)掃掠空間Sbar要避開交接機(jī)構(gòu)的工作空間Sm[4]。如圖2所示。

圖2 易損棒料高速軸向-徑向柔和交接空間示意圖Fig.2 Workspace of axial-to-radial direction smooth transfer of high-speed vulnerable bars

綜上所述，易損棒料高速軸向-徑向柔和交接需滿足的條件可描述如下：

2 柔和交接技術(shù)分析

2.1 現(xiàn)有技術(shù)

當(dāng)前易損棒料高速軸向-徑向柔和交接主要有機(jī)械手和捕接輪兩類技術(shù)。

圖3 所示為行星輪系組成機(jī)械手式交接機(jī)構(gòu)圖。圖3(a)中大輪體的中心輪為Z1，過(guò)輪Z2 和Z3 是行星輪(Z2 和Z3 在中心輪Z1 上均布有若干組，圖中只畫出其中一組)；吸爪的手臂位于小輪體上，小輪體的中心輪Z4，過(guò)輪Z5 和Z6 是行星輪，小輪體與Z3 固連在一起。確定好各輪的齒數(shù)關(guān)系可以保證小輪體公轉(zhuǎn)時(shí)吸爪做平動(dòng)，調(diào)整吸爪的個(gè)數(shù)和輪系的尺寸，可在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同長(zhǎng)度棒料的交接，其原理示意圖如圖3(b)所示。由于此類機(jī)構(gòu)外形類似于蜘蛛，也稱為蜘蛛手機(jī)構(gòu)[5]。

蜘蛛手機(jī)構(gòu)抓取棒料的位置位于圖3(b)所示的最下方，此時(shí)其上吸爪的切線速度可略微大于棒料的軸向速度，保證抓取的棒料不與后續(xù)的棒料發(fā)生碰撞，此時(shí)吸爪垂直方向的速度為0。圖3(b)所示的最左邊為交料位置，此時(shí)吸爪和棒料的水平速度降為0，徑向速度向上為最大。設(shè)計(jì)行星輪系時(shí)，必須保證吸爪在抓料位置與棒料運(yùn)動(dòng)的速度一致，在交料位置與后續(xù)工藝要求的棒料徑向運(yùn)動(dòng)速度一致，并且沒(méi)有運(yùn)動(dòng)干涉。棒料始終被約束在吸爪上，在靜摩擦力的作用下，完成高速軸向-徑向運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。

捕接輪式交接機(jī)構(gòu)如圖4 所示，棒料在2 個(gè)凸輪的作用下在保持軸向運(yùn)動(dòng)速度的同時(shí)獲得捕料鼓輪要求的徑向運(yùn)動(dòng)速度V1，以便順利進(jìn)入捕料鼓輪的捕料槽，并且在捕料槽中與其一同轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在捕料槽底部負(fù)壓孔提供的吸附力作用下，靠摩擦力逐步減速直至軸向速度為零，并由接受鼓輪接走[6]。

研究表明，上述2 種機(jī)構(gòu)交接棒料時(shí)的速度特性曲線如圖5 所示[7]，棒料在蜘蛛手的約束下以變加速方式運(yùn)動(dòng)，容易致使棒料發(fā)生材料擠壓和端部空頭等損傷，柔和性較差。采用負(fù)壓制動(dòng)的捕接輪式機(jī)構(gòu)可使棒料勻減速，柔和性較好，但是凸輪與捕料輪之間存在“拋料”動(dòng)作和負(fù)壓制動(dòng)難以準(zhǔn)確控制棒料軸向運(yùn)動(dòng)停止位置的特點(diǎn)，使其工作可靠性較差。

圖3 機(jī)械手式交接機(jī)構(gòu)及原理Fig.3 Manipulator mechanism

圖4 捕接輪式交接機(jī)構(gòu)原理Fig.4 Catcher wheels mechanism

圖5 現(xiàn)有技術(shù)中棒料的速度特性曲線Fig.5 Speed characteristic curve of bars

2.2 新型交接技術(shù)原理

針對(duì)上述2 種交接技術(shù)的不足，本文提出一種新的偏置鼓輪式交接技術(shù)。偏置鼓輪交接機(jī)構(gòu)由雙凸輪、偏置鼓輪和中間鼓輪組成，如圖6 所示。此機(jī)構(gòu)通過(guò)雙凸輪完成棒料的輸送，然后利用偏置鼓輪上的吸爪使棒料改變運(yùn)動(dòng)方向，再通過(guò)中間鼓輪傳送到指定的位置。下面討論利用雙凸輪和偏置鼓輪實(shí)現(xiàn)棒料傳送的技術(shù)原理。

圖6 偏置鼓輪式交接機(jī)構(gòu)Fig.6 Offset drum transfer mechanism

雙凸輪的作用是使棒料在保持原有軸向運(yùn)動(dòng)速度的同時(shí)獲得確定的徑向運(yùn)動(dòng)速度。雙凸輪由一對(duì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)、工作面為外圓面上弧形槽的凸輪前后布置構(gòu)而成，2 個(gè)凸輪之間有相位差，可保證棒料在2 個(gè)弧形工作槽的共同作用下被平穩(wěn)推移。偏置鼓輪的作用是完成棒料運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變。偏置鼓輪的轉(zhuǎn)軸與棒料軸向運(yùn)動(dòng)方向偏置了一個(gè)角度，其上均勻安裝了若干個(gè)具有負(fù)壓孔的吸爪，通過(guò)負(fù)壓氣流的啟閉完成抓料、放料動(dòng)作。吸爪安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)支座上，可做間歇擺動(dòng)完成棒料位姿調(diào)整。新裝置的工作過(guò)程為：高速軸向運(yùn)動(dòng)的易損棒料首先在雙凸輪作用下向前和徑向方向做平動(dòng)，然后被偏置鼓輪吸爪接走，此瞬時(shí)兩者間的相對(duì)速度為零，保證了交接的柔和性。棒料在偏置鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)和吸爪擺動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)下，到達(dá)指定位置。最后經(jīng)過(guò)其他鼓輪，向后面?zhèn)鬟f。

3 數(shù)學(xué)模型

3.1 基本假設(shè)

為敘述方便做如下假設(shè)：暫不考慮棒料的變形；棒料的長(zhǎng)度比其直徑大得多，可看成一條直線段；偏置鼓輪吸爪擺動(dòng)幅度小且時(shí)間短，視為勻速擺動(dòng)；棒料長(zhǎng)度為L(zhǎng)，初始速度V=[0 V 0]。

3.2 棒料在雙凸輪上的運(yùn)動(dòng)

雙凸輪使軸向運(yùn)動(dòng)的棒料獲得徑向速度后傳送出去，故無(wú)回程運(yùn)動(dòng)?？紤]棒料高速運(yùn)動(dòng)及柔和傳送要求，從動(dòng)件(棒料)X 方向運(yùn)動(dòng)規(guī)律采用停-升型正弦加速運(yùn)動(dòng)[8]，如圖7 所示，有如下從動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

雙凸輪凹槽底的切線速度與棒料軸向速度相同，且棒料在雙凸輪凹槽中應(yīng)同時(shí)進(jìn)入推程角，則還滿足

圖7 棒料在雙凸輪上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律Fig.7 Motion law of bars in double cams

其中：dc，ωc，h，Φs和Φl分別為雙凸輪的直徑、轉(zhuǎn)速、行程、近休止角和推程角。由式(2)可得棒料最終獲得的徑向速度為

3.3 棒料在偏置輪上的空間運(yùn)動(dòng)變換

設(shè)偏置鼓輪中心軸線與棒料軸向運(yùn)動(dòng)方向之間的偏置角為θ，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ωd，直徑為d，偏置鼓輪均勻安裝了K 個(gè)吸爪，吸爪擺動(dòng)轉(zhuǎn)速為ωs，設(shè)吸爪交替抓取棒料且偏置鼓輪轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)吸爪從接料位置運(yùn)動(dòng)到送料位置，故有如下關(guān)系式

建立如圖8 所示的5 個(gè)直角坐標(biāo)系(右手原則)。

S1(o，x1，y1，z1)為原點(diǎn)位于偏置鼓輪中心的固定坐標(biāo)系，S2(o，x2，y2，z2)為S1繞Z1軸轉(zhuǎn)動(dòng)了θ 角所成的輔助坐標(biāo)系，并可設(shè)S2相對(duì)于S1的變換矩陣為[L1]2[9-10]。S4(o′，x4，y4，z4)和S5(o′，x5，y5，z5)分別為吸爪坐標(biāo)系和棒料坐標(biāo)系。

圖8 空間坐標(biāo)系Fig.8 Space coordinate systems

設(shè)吸爪擺動(dòng)中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)于棒料q 處(0≤q≤1)，如圖8 所示。棒料上距擺動(dòng)中心點(diǎn)距離為l 處坐標(biāo)為P5=[0 l 0 0](－qL≤l≤(1－q)L)。t 時(shí)刻，P5點(diǎn)映射到S1坐標(biāo)系中的位置為

進(jìn)一步可得速度和加速度

3.4 交接瞬間的柔和特性

偏置鼓輪吸爪抓取棒料瞬時(shí)，在S1坐標(biāo)系中，吸爪上與棒料P5重合的一點(diǎn)的速度為vs。由式(8)可得

二者速度差為ΔV=V-vs，

為保持交接瞬間的柔和特性，要使ΔV 最小，故由式(11)得

將式(5)代入式(12)可得

由式(11)可發(fā)現(xiàn)：在交接瞬間，吸爪與棒料各重合點(diǎn)在X 方向的速度差相同，而Z 方向速度差隨各點(diǎn)位置不同而不同，通常交接時(shí)吸爪負(fù)壓的吸附作用可消除Z 方向速度差。

交接之前，棒料在雙凸輪上獲得了徑向速度，從而消除了交接瞬間X 方向的速度差，滿足了交接柔和特性，故由式(4)和式(11)可得

3.5 干涉問(wèn)題

圖9 所示為棒料斜切運(yùn)動(dòng)示意圖。由圖9 可知：在交接之后棒料有一個(gè)“斜切”的運(yùn)動(dòng)，此“斜切”運(yùn)動(dòng)可能使棒料碰到雙凸撥輪，在YZ 平面內(nèi)發(fā)生干涉。在交接瞬間，設(shè)棒料任一點(diǎn)在YZ 平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向與Y 軸的夾角為β，則由式(8)可知

從式(15)可以看出：棒料末端斜切運(yùn)動(dòng)幅度最大，故只要保證棒料末端的運(yùn)動(dòng)軌跡的斜率不大于雙凸輪凹槽斜坡坡度即可避免干涉，即

凸輪槽的斜坡起支托棒料的作用，如圖10 所示。假設(shè)凸輪槽的支托臨界點(diǎn)為棒料開始斜切運(yùn)動(dòng)時(shí)與斜坡區(qū)域脫離的起始點(diǎn)A。此時(shí)棒料的徑向加速度為零，由平衡方程條件得

其中：G 為棒料所受重力；F 為棒料所受負(fù)壓等效力。

圖9 棒料斜切運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.9 Schematic diagram of oblique movement of bars

圖10 凸輪槽支托棒料示意圖Fig.10 Schematic diagram of bars supported by cam groove

3.6 參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題

研究參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的目的是確定雙凸輪和偏置鼓輪關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得最佳交接方案。上述數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)過(guò)程提取的獨(dú)立設(shè)計(jì)變量有偏置鼓輪的偏置角度θ、吸爪個(gè)數(shù)K、吸爪擺點(diǎn)位置m、雙凸輪轉(zhuǎn)速ωc、凸輪槽推程角Φl，故取設(shè)計(jì)變量為X=[θ, K,q,ωc,Φl]。偏置鼓輪的偏置角度在0 到90°內(nèi)取值，轉(zhuǎn)動(dòng)速度不超過(guò)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，安裝有偶數(shù)個(gè)吸爪，吸爪擺動(dòng)點(diǎn)位置q∈[0,1]，雙凸輪工作槽的推程角Φl范圍為[0，2π]。

本文定義的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為棒料在交接過(guò)程中損傷最少、交接機(jī)構(gòu)工作空間最小、負(fù)壓值滿足經(jīng)濟(jì)性需求。

以棒料的加速度表征棒料損傷情況，棒料軸向加速度越小，損傷也越少，故應(yīng)使棒料最大軸向加速度最小。由式(9)和式(7)，得優(yōu)化目標(biāo)一為

偏置鼓輪占用的空間最大，應(yīng)使偏置鼓輪直徑盡量小，由式(13)得優(yōu)化目標(biāo)二為

為減少負(fù)壓吸附力對(duì)棒料的損傷，并考慮經(jīng)濟(jì)性，在滿足工作需要的前提下負(fù)壓值越小越好，由式(17)得優(yōu)化目標(biāo)三為

由上述3 個(gè)目標(biāo)函數(shù)可知優(yōu)化目標(biāo)之間相互矛盾，若當(dāng)θ 越大，d 越小，滿足優(yōu)化目標(biāo)一，則棒料加速度增大，負(fù)壓等效力F 也增大，不滿足優(yōu)化目標(biāo)二和三，因此，需要找到滿足這些目標(biāo)要求的最佳設(shè)計(jì)方案是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題[11]，可描述為

其中：X 為決策向量；y 為目標(biāo)向量；f1(X)，f2(X)和f3(X)分別為棒料最大加速度最小、偏置鼓輪直徑最小、負(fù)壓值最小的目標(biāo)函數(shù)；g(X)為約束向量，有F≥G+Fn，f≥may，ay<[a]y，ax<[a]x和Sbar∩Sm=?等。

多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題中，由于各目標(biāo)之間很難同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，所以常常會(huì)產(chǎn)生一系列有效解，也稱為Pareto解，就目標(biāo)函數(shù)而言，這些解之間是無(wú)法比較優(yōu)劣的。求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題就是無(wú)偏好地找到盡可能多的具有代表性的符合要求的Pareto 最優(yōu)解，在計(jì)算得到均勻分布的Pareto 最優(yōu)解之后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從中客觀地選取最滿意的優(yōu)化結(jié)果。針對(duì)一個(gè)特定多目標(biāo)問(wèn)題求Pareto 解的方法有很多，組合優(yōu)化和離散優(yōu)化方面較多采用的是遺傳算法[12]。

本文采用MOGA 方法求解多目標(biāo)問(wèn)題。MOGA最初是由Fonseca 和Fleming 提出的[13]。由于Pareto遺傳算法處理多目標(biāo)問(wèn)題時(shí)，并沒(méi)有權(quán)重的分配，所以生成的Pareto 解集中的每個(gè)Pareto 解都可能作為最優(yōu)解，故具有相同的適應(yīng)值。因此MOGA 方法的選擇基礎(chǔ)是用基于排序的單個(gè)適應(yīng)值函數(shù)代替目標(biāo)函數(shù)向量。也就是說(shuō)，群體中某個(gè)個(gè)體的適應(yīng)值取決于它的排序等級(jí)，而它的排序則取決于它的非劣性。這樣，由于排序值提供了單一適應(yīng)值，問(wèn)題就轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚硪粋€(gè)單一適應(yīng)值最大化優(yōu)化問(wèn)題。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

在高速煙支卷接機(jī)組中，煙支從卷煙機(jī)到接裝機(jī)的過(guò)程是典型的易損棒料高速軸向-徑向柔和交接過(guò)程。以PROTOS2-2 卷接機(jī)組的生產(chǎn)率為16 000支/min，煙支長(zhǎng)為64 mm，質(zhì)量約為5 g，交接電機(jī)轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)3 000 r/min 作為初始條件[14]，根據(jù)式(21)描述設(shè)計(jì)實(shí)例的參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，并用MOGA 方法求解。

已知煙支長(zhǎng)度L 為64 mm，初始軸向速度V 為8.533 m/s，重量G 為0.049 N，設(shè)計(jì)變量為X=[θ，K，q，ωc，Φl]，其中0≤θ≤90°，K 為偶數(shù)，q∈[0,1]，ωc≤3 000 r/min，Φl∈[0，2π]。遺傳算法的各控制參數(shù)為：群體規(guī)模(20)，交叉概率(0.8)，變異概率(0.07)，最大進(jìn)化代數(shù)(2:0)。以棒料最大加速度最小、偏置鼓輪直徑最小、負(fù)壓力最小為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到的多目標(biāo)Pareto 最優(yōu)解，并選取其中10組解如表1 所示。

綜合考慮吸爪個(gè)數(shù)、雙凸輪轉(zhuǎn)速和凸輪槽推程角的合理性，本文選取第2 組優(yōu)化解，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)取整后如表2 所示。

依據(jù)上述優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)偏置鼓輪式交接機(jī)構(gòu)，并與現(xiàn)有的蜘蛛手交接機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較。首先比較交接過(guò)程的柔和特性。因煙支交接過(guò)程易出現(xiàn)的端部煙絲脫落，即空頭的質(zhì)量問(wèn)題占不合格煙支總數(shù)的90%，故以煙支軸向加速度為柔和交接評(píng)價(jià)指標(biāo)。

分別根據(jù)偏置鼓輪機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和蜘蛛手機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型[15]計(jì)算出的煙支軸向加速度變化曲線如圖11所示。由圖11 可知：使用蜘蛛手機(jī)構(gòu)時(shí)，煙支軸向加速度變化很快且幅度大，在16 000 支/min 雙軌布置的情況下，最大負(fù)加速度已經(jīng)高達(dá)503.8 m/s2。采用偏置鼓輪機(jī)構(gòu)，即使在16 000 支/min 單軌情況下，其傳送煙支的軸向最大負(fù)加速度也僅為92 m/s2，其柔和傳送性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于蜘蛛手機(jī)構(gòu)。另一方面，用于比較的蜘蛛手機(jī)構(gòu)的工作直徑為424 mm[16]，優(yōu)化后的偏置鼓輪的工作直徑為342 mm，后者所占的空間也較小。

表1 多目標(biāo)優(yōu)化解集Table 1 Multi-objective optimization solutions

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)取值Table 2 Design parameters result

圖11 交接過(guò)程中煙支軸向加速度變化曲線Fig.11 Axial acceleration curve of cigarette

5 結(jié)論

(1) 描述了易損棒料高速軸向-徑向柔和交接工藝需求，對(duì)比分析了高速柔和交接運(yùn)動(dòng)特征和關(guān)鍵技術(shù)，提出了新型偏置鼓輪交接原理和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

(2) 構(gòu)建了偏置鼓輪交接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，以及多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化模型，并結(jié)合高速卷接機(jī)實(shí)例采用MOGA 方法計(jì)算了新機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的全局Pareto 最優(yōu)解。通過(guò)與蜘蛛手機(jī)構(gòu)的對(duì)比分析表明，偏置鼓輪交接方法和機(jī)構(gòu)具有柔和傳送特性突出、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的優(yōu)勢(shì)，是一種具有良好應(yīng)用前景的新型交接機(jī)構(gòu)。

(3) 本文研究的偏置鼓輪交接機(jī)構(gòu)由于采用了雙凸輪傳送棒料，如何優(yōu)化設(shè)計(jì)凸輪的結(jié)構(gòu)以保證其工作的可靠性，以及如何根據(jù)工程實(shí)際需求設(shè)計(jì)與偏置鼓輪配合工作的其他輔助機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行深入的研究。

[1] 郝濱海, 夏霄紅. 棒料剪切機(jī)理與提高剪切精度的方法[J].鍛壓技術(shù), 2000, 25(5): 7-9.HAO Binhai, XIA Xiaohong. Principle of blank shearing and method for improving precious blank[J]. Forging and Stamping Technology, 2000, 25(5): 7-9.

[2] 陳炳基, 李新光. YJ19-YJ29 卷接機(jī)組[M]. 北京: 北京出版社,2000: 160-263.CHEN Binji, LI Xinguang. YJ19-YJ29 cigarette-making machine[M]. Beijing: Beijing Publishing House, 2000: 160-263.

[3] 王曉東, 劉沖, 王立鼎. 微型夾鉗的最新研究[J]. 功能材料與器件學(xué)報(bào), 2004, 10(1): 1-8.WANG Xiaodong, LIU Chong, WANG Liding. New aspects in microgrippers[J]. Journal of Functional Materials and Devices,2004, 10(1): 1-8.

[4] Gupta K C, Roth B. Design considerations for manipulator workspace[J]. Journal of Mechanical Design, 1982, 104(4):704-711.

[5] 陳莉華. 行星輪系在煙草機(jī)械中的應(yīng)用與分析[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用, 2005, 18(3): 69-70.CHEN Lihua. The application and analysis of t he planet wheel train in tobacco machinery[J]. Mechanical Research and Application, 2005, 18(3): 69-70.

[6] 龔東陽(yáng). 煙支交接機(jī)構(gòu)的分析與對(duì)比[J]. 包裝與食品機(jī)械,2004, 22(6): 23-26.GONG Dongyang. The analysis and comparison of the cigarette transfer mechanisms[J]. Packaging and Food Machinery, 2004,22(6): 23-26.

[7] 劉子建. 雙軌超高速煙支傳送系統(tǒng)原理仿真分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)[R]. 長(zhǎng)沙: 湖南大學(xué), 2011: 17-18.LIU Zijian. Simulation analysis and structural parameters design of double-track delivery system of ultra-high-speed cigarettes[R].Changsha: Hunan University, 2011: 17-18.

[8] 楊家軍. 機(jī)械原理[M]. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 2004:93-97.YANG Jiajun. Mechanical principles[M]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology Press, 2004: 93-97.

[9] 劉子建, 葉南海. 現(xiàn)代CAD 基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)[M]. 長(zhǎng)沙: 湖南大學(xué)出版社, 2004: 39-60.LIU Zijian, YE Nanhai. Basic of modern CAD and application technology[M]. Changsha: Hunan University Press, 2004:39-60.

[10] 宋麗英. 角速度和旋轉(zhuǎn)矩陣導(dǎo)數(shù)的分析[J]. 甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1993, 19(4): 100-106.SONG Liying. Analysis for angler velocity and derivative of rotation matrix[J]. Journal of Gansu University of Technology,1993, 19(4): 100-106.

[11] Ehrgott M. Multicriteria optimization[M]. Berlin: Springer, 2000:1-20.

[12] 劉國(guó)平, 徐欽龍. 粒子群算法及其與遺傳算法的比較[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003, 34(增刊1): 328-330.LIU Guoping, XU Xinlong. Introduction to particle swarm optimization and comparing with genetic algorithm[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2003,34(Suppl 1): 328-330.

[13] Fonseca C M, Fleming P J. Genetic algorithms genetic algorithms for multiobjective optimization: Formulation,discussion and generalization[C]//Forrest S. Proceedings of the Fifth International Conference on Genetic Algorithms. San Mateo, California: Morgan Kauffman Publishers, 1993:416-423.

[14] 云南省煙草工業(yè)研究所. PASSIM 卷煙機(jī)[M]. 昆明: 云南科技出版社, 1998: 16-32.Tobacco Industry Research Institute. PASSIM cigarette making machine[M]. Kunming: Yunnan Science and Technology Press,1998: 16-32.

[15] 王大林, 楊月玲. YJ17 卷煙機(jī)蜘蛛手吸爪的運(yùn)動(dòng)分析及工裝核算[J]. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1999, 14(1):21-24.WANG Dalin, YANG Yueling. Movement analysis and technology assembling calculation of spider hands suction talon in YJ17 cigarette making machine[J]. Journal of Zhengzhou Institute of Light Industry (Natural Science), 1999, 14(1): 21-24.

[16] 張鵬飛, 李德法. 基于Pro/E 的雙系桿行星輪機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)分析及仿真[J]. 煙草科技, 2008(9): 24-26.ZHANG Pengfei, LI Defa. Motion analysis and simulation of dual binder planetary gear manipulator based on Pro/E[J].Tobacco Science and Technology, 2008(9): 24-26.