四軸飛行器智能充電裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

葉淑禎，謝兆賢，張藝瀧，范利鑫，馬鈞杰，黃沈權(quán)

(溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，浙江溫州 325035)

從20世紀(jì)初開始，四軸飛行器[1-3]就被人們廣泛研究.時(shí)至今日，隨著四軸飛行器技術(shù)的日漸成熟和工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，四軸飛行器已經(jīng)廣泛運(yùn)用于軍事和民用領(lǐng)域.四軸飛行器在需要特定環(huán)境和視角來進(jìn)行作業(yè)的行業(yè)倍受歡迎，需要其工作的時(shí)間也越來越長，因此對(duì)四軸飛行器的續(xù)航要求也在不斷提高.

現(xiàn)有的四軸飛行器一般的續(xù)航時(shí)間只有半個(gè)小時(shí)左右[4]，飛行一段時(shí)間后就必須遙控其降落，然后拆卸下電池進(jìn)行充電.充電技術(shù)和電池性能是四軸飛行器續(xù)航能力的關(guān)鍵技術(shù)，普通的四軸飛行器對(duì)于電池續(xù)航能力和充電設(shè)備有很強(qiáng)的依賴性.為了最大程度延長四軸飛行器的飛行時(shí)間，智能化的充電設(shè)備機(jī)構(gòu)是一個(gè)亟需開發(fā)完善的研究方向，可是目前尚未有該研究領(lǐng)域的相關(guān)報(bào)道.可將現(xiàn)有成熟的充電設(shè)備和自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備結(jié)合，設(shè)計(jì)一種專門用于四軸飛行器充電的智能機(jī)構(gòu)，以最大程度地挖掘四軸飛行器的發(fā)展?jié)撃?

對(duì)以上研究方向，主要存在的關(guān)鍵技術(shù)問題是：（1）如何設(shè)計(jì)一種能平穩(wěn)固定四軸飛行器的定位基座夾具機(jī)構(gòu).（2）如何使基座夾具機(jī)構(gòu)能夠滿足四軸飛行器的規(guī)格.本文擬解決以上問題，提出一種針對(duì)四軸飛行器充電設(shè)備的四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，該定位夾具機(jī)構(gòu)可以滿足多種四軸飛行器的結(jié)構(gòu).在保證充電效果和設(shè)備安全穩(wěn)固的前提下，結(jié)合現(xiàn)有的機(jī)械夾具設(shè)備和成熟的充電裝置，設(shè)計(jì)一種可用于四軸飛行器智能充電的新型定位基座夾具機(jī)構(gòu).這種新型的定位基座夾具機(jī)構(gòu)通過理論設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行滾珠絲杠選型和滾珠絲杠電機(jī)選型，針對(duì)氣動(dòng)手指中的受力夾板、夾具體模塊中的夾塊、與受力推桿等三類分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).這種新型定位基座夾具機(jī)構(gòu)能夠在很大程度上改善現(xiàn)有的傳統(tǒng)充電方式，同時(shí)提升四軸飛行器的續(xù)航能力.

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 定位基座夾具的目標(biāo)分析及功能設(shè)計(jì)

本文是為了設(shè)計(jì)出一種可用于四軸飛行器智能充電的新型定位基座夾具機(jī)構(gòu)，此夾具機(jī)構(gòu)既有常規(guī)夾具的功能，功能設(shè)計(jì)當(dāng)中還具備四個(gè)額外的特征和五項(xiàng)評(píng)估的指標(biāo).特征有：（1）四軸飛行器召回降落；（2）左右兩側(cè)和后側(cè)夾具機(jī)構(gòu)移動(dòng)限位；（3）夾具機(jī)構(gòu)固定四軸飛行器腳架；（4）氣動(dòng)手指夾取電池充電.指標(biāo)是：（1）飛行器降落到指定位置；（2）夾具移動(dòng)限位快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定；（3）夾具加緊腳架穩(wěn)固，不破壞腳架；（4）夾取電池快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)固；（5）從降落至開始充電時(shí)間不超過 1分鐘.根據(jù)定位基座夾具機(jī)構(gòu)的功能設(shè)計(jì)和指標(biāo)設(shè)定，設(shè)計(jì)夾具機(jī)構(gòu)的整體工作流程.整體的工作流程如圖1所示，技術(shù)路線如圖2.

圖1 夾具整體工作流程Fig 1 Overall Workflow of Fixture

圖2 技術(shù)路線圖Fig 2 Technology Roadmap

1.2 壓力傳感器裝置

壓力傳感器設(shè)計(jì)裝配在底架模塊上，用于感應(yīng)四軸飛行器的降落，將啟動(dòng)信號(hào)傳輸給運(yùn)算處理中心，是夾具機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行的關(guān)鍵部件.壓力傳感器的種類選擇和位置安裝都十分重要，直接影響夾具機(jī)構(gòu)的整體工作.因此，在選擇壓力傳感器時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)成本和功能效果，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，選擇成本較低、性能較好和技術(shù)較為成熟的壓力傳感器.結(jié)合本夾具機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，只需要觸發(fā)傳感器并輸入信號(hào)即可，綜合考慮選用金屬應(yīng)變式壓力傳感器.圖3的金屬應(yīng)變式壓力傳感器裝配在底架模塊的主板下方，并且專門設(shè)計(jì)一個(gè)托架作為固定裝配零件，如圖4.具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是將托架和主板通過內(nèi)六角螺釘鏈接，壓力傳感器則裝配在托架的特制卡槽內(nèi).

1.3 測(cè)距傳感器裝置

主控運(yùn)算處理中心接收到壓力傳感器傳輸過來的信號(hào)后，發(fā)送信號(hào)給測(cè)距傳感器使其開始測(cè)距工作，測(cè)距傳感器設(shè)計(jì)裝配在固定夾具模塊上，在絲桿滑臺(tái)的左、右、前、后四側(cè)的底側(cè)，當(dāng)四軸飛行器降落時(shí)，用于檢測(cè)飛行器腳架與固定夾具模塊、定位推板模塊和氣動(dòng)手指模塊之間的距離.

考慮測(cè)距傳感器用于提供具體的距離數(shù)據(jù)，從而精確地控制固定夾具、定位推板和啟動(dòng)手指這三個(gè)模塊的運(yùn)動(dòng).因此，在選擇測(cè)距傳感器的時(shí)候，要在經(jīng)濟(jì)成本允許的最大范圍內(nèi)，盡可能地選擇測(cè)距精度高的傳感器，為后續(xù)的機(jī)構(gòu)運(yùn)作提供保障.

圖3 金屬應(yīng)變傳感器裝配Fig 3 Assembly of Metal Strain Sensor

圖4 托架零件的模型Fig 4 Model of Bracket Parts

圖5 模型傳感器轉(zhuǎn)配方式Fig 5 Transfer Mode of Model Sensor

本夾具機(jī)構(gòu)考慮選用紅外線測(cè)距傳感器.它會(huì)被裝配在絲桿滑臺(tái)的軸承座前方，將紅外線測(cè)距傳感器和軸承座通過螺釘鏈接.此傳感器的轉(zhuǎn)配方式如圖5所示.

1.4 底架模塊設(shè)計(jì)

本文提出的四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，參考自大疆公司的PHANTOM 3 STANDARD[5].底架模塊的基本材料選取的型材需要滿足四軸飛行器的承重要求，又因?yàn)檩S距為350 mm，停載的平臺(tái)尺寸只需在軸距基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，所以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為160 mm×200 mm.

底架模塊是主體夾具機(jī)構(gòu)的承載要素，底架模塊可設(shè)置在無遮擋的位置，例如：寬敞的平地.本模塊由鋁型材、金屬板材、固定角碼、金屬應(yīng)變壓力傳感器和墊腳組成.具體的機(jī)構(gòu)模型如圖6所示.

圖6 底架模塊機(jī)構(gòu)模型Fig 6 Model of the Under Frame Structure Module

圖7 固定夾具模塊模型Fig 7 Model of Fixed-fixture Jig Module

圖8 夾具體模塊爆炸模型Fig 8 Explosive View of the Jig Mechanism Module

1.5 固定夾具模塊設(shè)計(jì)

1.5.1 主要運(yùn)動(dòng)組件選擇

為了飛行器降落時(shí)完美停降在預(yù)定的位置，同時(shí)考慮到飛行器姿態(tài)需要進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)中選用滾珠絲桿.該絲杠主要是對(duì)四軸飛行器在降落平臺(tái)Y軸方向上的位姿進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)整，能進(jìn)行前后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以使得夾具模塊整體具備效率高、沖擊載荷小、和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特性，同時(shí)夾住飛行器腳架后不會(huì)松開，便會(huì)具有好的自鎖功能.

1.5.2 固定夾具模塊整體設(shè)計(jì)

固定夾具模塊是主體夾具機(jī)構(gòu)的主要夾具機(jī)構(gòu)，固定夾具模塊設(shè)置在底架模塊的左右兩側(cè).并通過滑臺(tái)托板1和底架模塊固定連接.該模塊主要由絲桿滑臺(tái)、夾具機(jī)構(gòu)和紅外測(cè)距傳感器組成，其中的兩臺(tái)絲桿滑臺(tái)沿著底架模塊的Y軸方向移動(dòng)，主要用于四軸飛行器在Y軸上的位置調(diào)整，另外兩個(gè)自主設(shè)計(jì)的夾具體則是用于固定四軸飛行器的兩個(gè)腳架.圖7顯示具體的設(shè)計(jì)方案.自主設(shè)計(jì)的夾具體通過連接板和絲桿滑臺(tái)連接，其中夾具體和連接板用螺釘連接，連接板和絲桿滑臺(tái)亦通過螺釘連接.紅外測(cè)距傳感器亦是通過螺釘固定在絲桿滑臺(tái)的軸承座前側(cè).固定夾具模塊整體包含以上三個(gè)部分連接組合而成.

1.5.3 夾具體設(shè)計(jì)

夾具體是自主設(shè)計(jì)的關(guān)鍵固定機(jī)構(gòu)，屬于非標(biāo)（非標(biāo)準(zhǔn)件）夾具，用于固定四軸飛行器的腳架.此夾具機(jī)構(gòu)包含交流伺服電機(jī)、支承板1、夾塊、推桿、推塊、齒條1、齒條2、圓柱齒輪、頂蓋以及硬質(zhì)橡膠塊組成.

圖8的夾具體模塊爆炸模型包含支承板1和頂蓋通過螺釘連接，以此構(gòu)成夾具體的主體.交流伺服電機(jī)通過螺釘固定在頂蓋上方，其中一個(gè)圓柱齒輪和交流伺服電機(jī)的輸出軸通過鍵連接，另一個(gè)圓柱齒輪則裝配在支承板內(nèi)部的一根對(duì)應(yīng)的軸上，兩個(gè)齒輪互相嚙合形成齒輪配合.齒條1、2分別和兩根推桿通過螺釘固結(jié)，并將兩個(gè)齒條裝配在支承板1左右兩側(cè)的特型滑槽內(nèi)，并同時(shí)和所述的兩個(gè)齒輪兩兩嚙合.兩個(gè)夾塊分別裝配在支撐板1前側(cè)的兩個(gè)特型孔中，同時(shí)推桿頂端的圓柱與夾塊中的 T型滑槽配合形成滑動(dòng)配合.兩個(gè)推塊分別通過螺釘固定在兩個(gè)夾塊的前側(cè)，用于一開始接觸四軸飛行器腳架進(jìn)行位姿的調(diào)整.兩個(gè)硬質(zhì)橡膠塊通過螺釘分別固定在兩個(gè)夾塊下側(cè)的預(yù)制槽中，因?yàn)樗妮S飛行器腳架的材料為硬質(zhì)塑料，不宜用硬質(zhì)金屬作為直接接觸的部件，所以這里采用硬質(zhì)橡膠.當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)帶動(dòng)齒輪，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的齒條向前或向后滑動(dòng)，從而使推桿推動(dòng)夾塊，并利用T型滑槽使夾塊下降或上升，最終實(shí)現(xiàn)夾緊或松開的功能.所以，當(dāng)夾具夾緊四軸飛行器腳架時(shí)，由于硬質(zhì)橡膠快的框型槽設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)四軸飛行器Y軸和Z軸方向上的固定.

1.6 電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊設(shè)計(jì)

電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊是最后完成四軸飛行器自動(dòng)充電的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊設(shè)置在底架模塊的后側(cè).并通過氣缸托板和底架模塊固定連接.該模塊主要由絲桿滑臺(tái)、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣動(dòng)手指組成.其中所屬該模塊的絲桿滑臺(tái)用于氣動(dòng)手指的傳送，從而使氣動(dòng)手指能夠到達(dá)夾取電池的相應(yīng)位置以及最后將電池送入充電位置，氣動(dòng)手指用于夾取四軸飛行器上的電池，旋轉(zhuǎn)氣缸則是用于將氣動(dòng)手指夾取的電池轉(zhuǎn)送至相應(yīng)的充電位置.

圖9的設(shè)計(jì)是將旋轉(zhuǎn)氣缸通過螺釘固定在氣缸托板上，絲桿滑臺(tái)亦是通過螺釘和旋轉(zhuǎn)氣缸固結(jié).氣動(dòng)手指模塊通過支承板3和絲桿滑臺(tái)連接，其中絲桿滑臺(tái)和支承板3用螺釘連接，氣動(dòng)手指裝配在支承板前側(cè)特制的裝配卡槽中，亦是通過螺釘連接.

圖9 電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊爆炸模型Fig 9 Explosive View of Battery Clamp and Transfer Module

圖10 定位基座夾具機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)圖Fig 10 Chart of the Jig Mechanism Massive Structure with Positional Foundation Support

圖11 定位基座夾具機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)爆炸圖Fig 11 Explosive View of the Jig Mechanism Massive Structure with Positional Foundation Support

2 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 固定夾具模塊設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.1 滾珠絲杠機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

本設(shè)計(jì)采用滾珠絲杠作為固定夾具模塊的主要運(yùn)動(dòng)組件，以下便是滾珠絲杠的理論計(jì)算和參數(shù)設(shè)定.滾珠絲杠機(jī)構(gòu)是一種常見的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾珠絲杠的基本運(yùn)動(dòng)副是滾珠絲杠副，滾珠絲杠副是絲杠和螺母間以鋼球（滾珠）為傳動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)副，它可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)[6].

下面對(duì)滾珠絲杠的基本參數(shù)和主要參數(shù)的計(jì)算做討論.根據(jù)絲桿直線滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)確定滾珠絲杠的導(dǎo)程（參考標(biāo)準(zhǔn)JB3162.4-1993），滾珠直徑、公稱直徑和導(dǎo)程的關(guān)系式如下公式：

根據(jù)滾珠絲杠副的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)查表得Ph導(dǎo)程為10 mm.由（1）式可得滾珠直徑DW為6 mm.由λ螺旋升角（一般為2° - 5°）、ρ′摩擦角和η傳動(dòng)效率（η需要＞=90%）之間的關(guān)系確定合適的公稱直徑，設(shè)定d0公稱直徑為25 mm.

基本參數(shù)設(shè)定后，進(jìn)行許用軸向載荷、剛性、壽命等主要參數(shù)的計(jì)算和驗(yàn)證.滾珠絲杠承受的最大軸向力有三種狀況：

1）根據(jù)固定夾具模塊結(jié)構(gòu)估算其所承受的滾珠絲杠的額定靜負(fù)荷大致為20 N；

2）不發(fā)生彎曲變形所承受的最大軸向力P1；

3）允許拉伸或壓縮變形的情況下，可承受的最大軸向力P2.

其次計(jì)算螺母的剛性.螺母的剛性則是由預(yù)緊力決定.在軸承承受預(yù)緊力時(shí)，也需要考慮支撐軸承的剛性.

最后是對(duì)效率和驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算.一般情況下，滾珠絲杠的效率為 0.9.在一般情況下，將理論設(shè)計(jì)值限制在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的10% - 30%為佳.最終選擇TH-20絲杠直線導(dǎo)軌滑臺(tái).

2.1.2 滾珠絲杠電機(jī)選型

滾珠絲杠電機(jī)選型的過程需要考慮電機(jī)種類和電機(jī)型號(hào)參數(shù)兩個(gè)部分.

首先，電機(jī)種類.由于四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)的使用環(huán)境基本處于家庭環(huán)境或者公共環(huán)境，所以使用的電流屬于交流電，故綜合考慮選用三相步進(jìn)電機(jī).

其次，電機(jī)型號(hào)參數(shù).為了控制方便，選用步進(jìn)電機(jī)，特性是轉(zhuǎn)速越高力矩越小，于三相步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定性較好，并且比兩相步進(jìn)電機(jī)的步距角小，精度較高.

最終選擇573S15三相步進(jìn)電機(jī).

3 基于SolidWorks的建模和靜力學(xué)分析

3.1 四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)的方案，如圖10提出的定位基座夾具機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)模型.主體由底架1、固定夾具2、定位推板3、以及電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)4等四大模塊組成.

圖11的定位基座夾具機(jī)構(gòu)整體爆炸圖，顯示固定夾具模塊共有兩個(gè)，分別裝配在底架左右兩側(cè)的支架上.定位推板模塊有一個(gè)，裝配在底架前側(cè)的支架上，電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊裝配在底架后側(cè)的支架上.固定夾具模塊主要由絲桿滑臺(tái)、夾具體機(jī)構(gòu)和紅外測(cè)距傳感器組成.定位推板模塊主要由絲桿滑臺(tái)、支承板2和固定推板所組成.電池夾取轉(zhuǎn)運(yùn)模塊主要由絲桿滑臺(tái)、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣動(dòng)手指模塊組成.底架模塊由底架和壓力傳感器組成，壓力傳感器裝配在底架下方的預(yù)定槽中，當(dāng)四軸飛行器降落時(shí)可進(jìn)行感知并發(fā)送信號(hào).

3.2 基于SolidWorks的靜力學(xué)分析

SolidWorks Simulation完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，擁有應(yīng)力學(xué)分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析等多種分析功能[7]，實(shí)現(xiàn)仿真[8-9].可以直接從SolidWorks三維模型提取需要的模型.當(dāng)導(dǎo)入模型之后，可以直接對(duì)零件設(shè)置作用力的大小和方向、零件的材質(zhì)、和夾具的位置，在設(shè)定的載荷條件下點(diǎn)擊分析算例便可得出零件各個(gè)位置的應(yīng)力的大小.SolidWorks Simulation內(nèi)建模塊可以方便并且準(zhǔn)確的提高零件的可靠性和安全性，有利于減少設(shè)計(jì)過程中因材質(zhì)問題而出現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷.

圖12 添加固定圖Fig 12 Additional Fixation Diagram

圖13 添加載荷圖Fig 13 Additional Loading Diagram

圖14 靜力分析圖Fig 14 Analysis Diagram of Static Force

本節(jié)中將對(duì)夾具機(jī)構(gòu)中的主要幾個(gè)受力零件進(jìn)行靜力學(xué)分析.

3.2.1 氣動(dòng)手指中的受力夾板分析案例

氣動(dòng)手指的夾板的制作材料鋁合金的彈性模量為E= 71.7 GPA，泊松比u= 0.33，密度為ρ=2.81 g/cm3.經(jīng)SolidWorks Simulation后，將夾板的材料設(shè)定成不銹鋼，然后進(jìn)行靜力學(xué)分析的運(yùn)算模塊.由于夾板和氣動(dòng)手指連接是通過螺栓螺母固定，所以分析時(shí)需要添加固定，固定約束的位置選擇在夾板的后部，如圖12所示.氣動(dòng)手指模塊工作時(shí)最大的負(fù)載為10 N，圖13需要在夾板的正下方模擬添加大小為10 N的壓力.通過Simulation模塊的靜力學(xué)分析得到圖14的夾板在載荷作用下的靜應(yīng)力分布圖.圖14中標(biāo)示的最大應(yīng)力值為σmax=11 385 Pa.由于無桿氣缸滑塊的材料為鋁合金，依據(jù)材料性質(zhì)可知，屈服極限為σb=55 148 500 Pa.將取安全系數(shù)n=2，許用應(yīng)力為[σb]=σb/2=27 574 250 Pa.

σmax＜[σb]，則此設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度的要求.

3.2.2 夾具體模塊中的夾塊分析案例

夾塊的制作材料為45號(hào)鋼，其彈性模量E= 210 GPA，泊松比u= 0.28，密度ρ= 7.9 g/cm3.經(jīng)SolidWorks Simulation后，窗口中將夾板的材料設(shè)定成不銹鋼，然后進(jìn)行靜力學(xué)分析的運(yùn)算模塊.

首先，添加固定.圖15顯示固定的位置選擇在夾塊后部.

圖15 添加固定圖Fig 15 Additional Fixation Diagram

然后，由分析得夾塊工作時(shí)最大的壓力為20 N.圖16顯示夾塊底端凹槽處添加20 N的壓力.

圖16 添加載荷圖Fig 16 Additional Loading Diagram

最后，通過Simulation模塊的靜力學(xué)分析得到圖17，顯示為夾塊在載荷作用下的靜應(yīng)力分布圖.

圖17 靜力分析圖Fig 17 Analysis Diagram of Static Force

圖17中的最大應(yīng)力值為σmax=130 743 Pa.已知無桿氣缸的滑塊材料為鋁合金，依材料性質(zhì)可知屈服極限為σb=185 MPa.故此取安全系數(shù)為n=2，取得許用應(yīng)力為[σb]=σb/2=92.5 MPa.

σmax＜[σb]，則此設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求.

3.2.3 夾具體模塊中的受力推桿分析案例

推桿的制作材料為45號(hào)鋼，45號(hào)鋼的彈性模量為E= 210 GPA，泊松比μ= 0.28，密度為ρ=7.9 g/cm3.SolidWorks Simulation后，將夾板的材料設(shè)定成不銹鋼，然后進(jìn)行添加固定和添加載荷等兩項(xiàng)靜力學(xué)分析.（1）添加固定.因?yàn)橥茥U和傳動(dòng)齒條連接是通過螺栓螺母固定，所以固定的位置選擇在推桿的后部，如圖18.（2）添加載荷.在氣動(dòng)手指模塊工作時(shí)最大的壓力為10N，在確定推桿固定約束的位置后，在推桿后側(cè)添加10 N的壓力，如圖19所示.

總結(jié)以上的結(jié)果，通過Simulation模塊的靜力學(xué)分析可以得到圖20結(jié)果，顯示夾板在載荷作用下的靜應(yīng)力分布圖.圖中最大的應(yīng)力為σmax=19 733 654 Pa.由于推桿的材料45號(hào)鋼，得到屈服強(qiáng)度σb=185 Mpa.故此，取安全系數(shù)為n=2，許用應(yīng)力為[σb]=σb/2 = 92.5 MPa.最后，直接得出σmax＜[σb]，該零件設(shè)計(jì)滿足使用要求.

圖18 添加固定圖Fig 18 Additional Fixation Diagram

圖19 添加載荷圖Fig 19 Additional Loading Diagram

圖20 靜力分析圖Fig 20 Analysis Diagram of Static Force

4 結(jié) 論

本文提出一種四軸定位基座夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過結(jié)構(gòu)分析和對(duì)比計(jì)算，選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)組件，結(jié)合現(xiàn)有的機(jī)械夾具設(shè)備和成熟的充電裝置，設(shè)計(jì)出一種可用于四軸飛行器智能充電的新型定位基座夾具機(jī)構(gòu).本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：首先，創(chuàng)新夾具平臺(tái)設(shè)計(jì).其次，自主設(shè)計(jì)的夾具體機(jī)構(gòu).本作品為四軸飛行器的充電提供了一個(gè)嶄新的硬件平臺(tái).