朱曉蕙， 趙鑫宇， 剛憲約， 柴 匯

(1. 山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院， 山東淄博 255000； 2. 山東大學(xué)機(jī)器人研究中心, 山東濟(jì)南 250061)

隨著“中國(guó)制造2025”技術(shù)革命的到來(lái)，機(jī)器人研發(fā)成為未來(lái)科技發(fā)展的重要領(lǐng)域[1]。輕質(zhì)液壓機(jī)械臂相較于傳統(tǒng)機(jī)械臂具有結(jié)構(gòu)緊湊、 質(zhì)量輕、 負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，常用于搭載在足式機(jī)器人機(jī)身上，形成一種多用途移動(dòng)作業(yè)的機(jī)器人，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、 物流、 醫(yī)療等行業(yè)[2]。為了保證機(jī)器人在大載荷工作中的靈活性和負(fù)載能力，機(jī)械臂需要有較大的工作范圍和載荷質(zhì)量比，以便降低安裝重心，提高負(fù)載能力，配合機(jī)器人完成復(fù)雜環(huán)境下的工作，因此如何在保證較大關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍的同時(shí)增大輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的載荷質(zhì)量比成為目前機(jī)器人研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

國(guó)外對(duì)于輕質(zhì)機(jī)械臂的研究較多，丹麥Universal Robots公司設(shè)計(jì)的UR10系列的輕質(zhì)機(jī)械臂自身質(zhì)量為18.4 kg， 末端最大負(fù)載為5 kg；德國(guó)KUKA公司推出的LBR iiwa系列輕質(zhì)機(jī)械臂采用全鋁機(jī)身， 自身質(zhì)量為30 kg， 最大負(fù)載可達(dá)到14 kg[3]； 德國(guó)宇航中心設(shè)計(jì)了一款具有7個(gè)自由度的LWR系列第四代輕質(zhì)機(jī)器人， 采用無(wú)框力矩電機(jī)減小關(guān)節(jié)質(zhì)量， 整個(gè)機(jī)械臂質(zhì)量為14 kg， 最大負(fù)載為14 kg[4]。 我國(guó)對(duì)輕質(zhì)機(jī)械臂研究起步較晚， 但是發(fā)展較快。 沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化公司研究的柔性多軸SCR5型協(xié)作機(jī)器人靈活度高， 精度好， 該機(jī)械臂自身質(zhì)量為38.5 kg， 能夠帶動(dòng)5 kg的負(fù)載[5]； 陸志國(guó)等[6]采用微型直驅(qū)式液壓系統(tǒng)作為輕質(zhì)機(jī)械臂直接動(dòng)力源， 設(shè)計(jì)的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂自身質(zhì)量為4.8 kg， 末端負(fù)載可達(dá)5.1 kg， 大臂工作角度為80°， 小臂工作角度為120°。 目前國(guó)內(nèi)研究的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的載荷質(zhì)量較小且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍不大。 針對(duì)以上問(wèn)題， 山東大學(xué)機(jī)器人研究中心設(shè)計(jì)開發(fā)了一款輕質(zhì)液壓機(jī)械臂。 該機(jī)械臂自身質(zhì)量為20 kg， 預(yù)計(jì)達(dá)到最大負(fù)載30 kg， 大臂工作范圍為0°～180°， 二臂工作范圍為-153°～0°， 小臂工作范圍為-76°～72°。

為了達(dá)到輕質(zhì)液壓機(jī)械臂預(yù)期轉(zhuǎn)角范圍及負(fù)載目標(biāo)，本文中對(duì)山東大學(xué)研發(fā)的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證機(jī)械臂較大的運(yùn)動(dòng)幅度的前提下，通過(guò)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械構(gòu)型，提高機(jī)械臂的負(fù)載能力。根據(jù)空間尺寸要求確定連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)位置的范圍并設(shè)計(jì)各類約束條件，在此基礎(chǔ)上確定優(yōu)化變量和目標(biāo)函數(shù)[7]。對(duì)機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增大機(jī)構(gòu)的載荷質(zhì)量比[8]，減小關(guān)節(jié)鉸接點(diǎn)載荷，滿足機(jī)械臂的負(fù)載及工作空間要求。

1 輕質(zhì)液壓機(jī)械臂機(jī)構(gòu)

輕質(zhì)液壓機(jī)械臂主要由大臂、二臂、小臂3個(gè)臂節(jié)和抓手構(gòu)成，如圖1所示。大臂一端通過(guò)支座支撐在足式機(jī)器人機(jī)身上，各臂之間通過(guò)桿件和油缸組成的連桿機(jī)構(gòu)連接，各臂節(jié)均由油缸推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)械臂姿態(tài)，完成指定動(dòng)作。輕質(zhì)液壓機(jī)械臂第一自由度為支座的轉(zhuǎn)動(dòng)，第二、三、四自由度為3節(jié)機(jī)械手臂的俯仰，第五自由度為機(jī)械抓手的轉(zhuǎn)動(dòng)，第六自由度為抓手的夾持[9]。

當(dāng)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的末端執(zhí)行器載荷較大時(shí)，由于力臂較長(zhǎng)，因此機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中承受的載荷較大， 對(duì)油缸選型和桿件尺寸參數(shù)提出了更高的要求，增加了結(jié)構(gòu)質(zhì)量和空間。由此可知，如果能在不改變油缸參數(shù)的前提下，通過(guò)對(duì)連桿的機(jī)械構(gòu)型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得機(jī)械臂在較大負(fù)載工況下對(duì)油缸的載荷減小，就能在保證滿足工作空間的同時(shí)，提高輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的承載能力。

圖1 輕質(zhì)液壓機(jī)械臂三維圖

機(jī)械臂3個(gè)臂節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)均由液壓驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，并且構(gòu)型均以四桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，因此以圖2所示的大臂連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型為例，研究連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械構(gòu)型優(yōu)化方法。

圖2 水平姿態(tài)下的機(jī)械臂大臂

簡(jiǎn)化后的大臂機(jī)構(gòu)原理圖如圖3所示，其中桿件BE為大臂臂身，桿件DE為大臂驅(qū)動(dòng)油缸，臂身隨著驅(qū)動(dòng)油缸的伸縮進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)，A、B端固定在機(jī)械臂支座上，C、E點(diǎn)固定在大臂臂架上，D為活動(dòng)關(guān)節(jié)，G為二臂和小臂處于完全伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)機(jī)械臂及負(fù)載的重心。桿件AD、CD為活動(dòng)桿。

A、 B、 C、 D、 E—關(guān)節(jié)鉸接點(diǎn)； α—BC與水平方向的夾角； φ1—桿件隨體坐標(biāo)系xbAyb與全局坐標(biāo)系xBy的夾角； φ2—AD與桿件隨體坐標(biāo)系xbAyb的夾角； G—機(jī)械臂及負(fù)載的重心； FG—重力載荷矢量。圖3 大臂機(jī)構(gòu)原理圖

2 優(yōu)化模型

2.1 設(shè)計(jì)變量

為了通過(guò)改進(jìn)連桿機(jī)械構(gòu)型提高輕質(zhì)液壓機(jī)械臂承載能力，在大臂處于完全伸直狀態(tài)下，選擇除轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)B外的其余鉸接點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)變量。如圖3所示，以與支座鉸接的點(diǎn)B為坐標(biāo)系原點(diǎn)，過(guò)點(diǎn)B指向機(jī)械臂末端的水平方向?yàn)樽鴺?biāo)系x軸的正方向，豎直向上為y軸的正方向，建立全局坐標(biāo)系。模型的設(shè)計(jì)變量的集合為

x={x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8} ，

式中：x1、x2為大臂驅(qū)動(dòng)油缸支撐于支座的鉸接點(diǎn)A的橫、 縱坐標(biāo)；x3、x4為連桿機(jī)構(gòu)與大臂臂架的鉸接點(diǎn)C的橫、 縱坐標(biāo)；x5、x6為連桿活動(dòng)鉸接點(diǎn)D的橫、 縱坐標(biāo)；x7、x8為油缸與大臂臂架的鉸接點(diǎn)E的橫、縱坐標(biāo)。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

為了增大機(jī)械臂的載荷質(zhì)量比， 在滿足關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍的同時(shí)， 將舉升過(guò)程中油缸的最大工作載荷作為目標(biāo)函數(shù)， 設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器在同樣負(fù)載情況下油缸最省力的機(jī)械構(gòu)型。 首先通過(guò)對(duì)大臂的幾何分析得到機(jī)械臂各鉸接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位置， 然后進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)動(dòng)力學(xué)分析， 建立基于矢量叉乘的力矩平衡方程[10]， 得到各桿件的實(shí)時(shí)負(fù)載， 為完成機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、 降低油缸驅(qū)動(dòng)力提供依據(jù)。

大臂在工作范圍內(nèi)的機(jī)構(gòu)姿態(tài)是不斷變化的，為了方便分析和計(jì)算，運(yùn)用顯式分析方法，通過(guò)線性變換和矢量運(yùn)算建立連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算鉸接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位置[11]。其中，A、B點(diǎn)為固定在支座上的點(diǎn)，不隨轉(zhuǎn)角的變化而改變，因此可以根據(jù)A、B點(diǎn)坐標(biāo)(xA,yA)、 (xB,yB)以及大臂從水平姿態(tài)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ計(jì)算其余各鉸接點(diǎn)坐標(biāo)。

在大臂工作過(guò)程中，連桿機(jī)構(gòu)桿件長(zhǎng)度不變，因此桿件長(zhǎng)度LBE、LBC、LAC、LAD、LCD、LDE可由水平姿態(tài)下各鉸接點(diǎn)坐標(biāo)求解，則C點(diǎn)坐標(biāo)可用B點(diǎn)坐標(biāo)及機(jī)械臂大臂轉(zhuǎn)角θ表示為

(1)

式中α為BC與水平方向的夾角。

為了方便計(jì)算D點(diǎn)坐標(biāo)，如圖3所示建立桿件隨體坐標(biāo)系xbAyb，以鉸接點(diǎn)A為坐標(biāo)系原點(diǎn)，AC方向?yàn)闂U件隨體坐標(biāo)系xb軸的正方向，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°方向?yàn)閥b軸正方向。首先求解D點(diǎn)在桿件隨體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，

(2)

(3)

(4)

則D點(diǎn)在桿件隨體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為

(5)

式中φ2為AD與桿件隨體坐標(biāo)系xb軸的夾角。

再根據(jù)桿件隨體坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的夾角φ1，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理，將D點(diǎn)在桿件隨體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)，

(6)

(7)

至此，大臂的連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)位置均可求得。為了提高輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的負(fù)載能力，需要對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，建立油缸受力與機(jī)構(gòu)鉸接位置之間的函數(shù)關(guān)系。機(jī)械臂大臂在工作過(guò)程中承受的載荷主要為機(jī)械臂自身質(zhì)量(臂架、桿件、油缸和液壓油的質(zhì)量)及抓手所抓取的重物極限質(zhì)量[12]?？蓪C(jī)械臂各臂節(jié)自身重力及所載重物重力等效為重心位置處的集中載荷，利用力矩平衡原理和鉸接點(diǎn)受力平衡關(guān)系，求得極限載荷工況下機(jī)械臂工作過(guò)程中的油缸受力。

將桿件BE、CD、DE看作一個(gè)整體，對(duì)B點(diǎn)建立機(jī)構(gòu)邊界約束與外界載荷的力矩平衡方程，即

rBD×FDA+rBG×FG=0

，

(8)

式中：rBD為桿件BD的位置矢量；FDA為桿件DA的受力；rBG為桿件BG的位置矢量；FG為重力載荷矢量。桿件DA受力的矢量大小為

(9)

圖4所示為鉸接點(diǎn)D的受力示意圖。連桿機(jī)構(gòu)活動(dòng)鉸接點(diǎn)D在3個(gè)力的作用下平衡。

D—關(guān)節(jié)鉸接點(diǎn)； FDA、 FDC、 FDE—D點(diǎn) 受力沿桿件DA、 DC、 DE方向的分量。圖4 鉸接點(diǎn)D的受力示意圖

對(duì)D點(diǎn)建立受力平衡方程，并將沿桿件DA方向的分力FDA和沿桿件DE方向的分力FDE分別在垂直于FDC的方向投影，則油缸受力可表示為

(10)

通過(guò)改變大臂轉(zhuǎn)角θ的取值，利用式(1)—(10)計(jì)算整個(gè)運(yùn)動(dòng)幅度內(nèi)大臂油缸的工作載荷，以極小化油缸最大工作載荷為目標(biāo)，則目標(biāo)函數(shù)可表示為FDE絕對(duì)值的最大值，即

f(x)=|FDE|max

。

(11)

2.3 約束條件

1)工作范圍約束。在對(duì)機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)保證優(yōu)化后的機(jī)械構(gòu)型能夠滿足大臂的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，提高機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)幅度和折疊比例，擴(kuò)大工作范圍，降低安裝重心，因此大臂臂架的俯仰角度需要滿足約束

θmin≤θ≤θmax，

式中θmax、θmin為θ的最大、 最小值。

2)運(yùn)動(dòng)干涉約束。在滿足機(jī)械臂工作范圍的前提下，首先根據(jù)初始鉸接點(diǎn)位置及機(jī)構(gòu)空間布置初步確定優(yōu)化變量的范圍[13]，保證機(jī)械臂在工作過(guò)程中不與其他部件發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，則變量約束可表示為

xmin≤x≤xmax，

式中xmax、xmin為x中的最大、 最小變量。

3)驅(qū)動(dòng)單調(diào)性約束。為了確保機(jī)械臂油缸在舉升過(guò)程中控制方便，應(yīng)滿足油缸的變化趨勢(shì)單調(diào)性要求，即油缸的長(zhǎng)度隨大臂轉(zhuǎn)角增大呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢(shì)，驅(qū)動(dòng)單調(diào)性約束可表示為

0≤LDE(θ+1)-LDE(θ) 。

4)桿件長(zhǎng)度約束。為了滿足結(jié)構(gòu)布局要求，還需要對(duì)各桿件長(zhǎng)度進(jìn)行約束，即

3 實(shí)例分析

山東大學(xué)研發(fā)的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂以鋁合金為機(jī)身材料，自身質(zhì)量為20 kg。為了達(dá)到運(yùn)動(dòng)幅度的要求，所需關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍如表1所示。當(dāng)機(jī)械臂3個(gè)臂節(jié)完全伸展至水平姿態(tài)時(shí)，自身質(zhì)量及負(fù)載質(zhì)量重心為距大臂轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)水平方向1 020 mm處，工作范圍半徑為1 330 mm。本文中針對(duì)該輕質(zhì)液壓機(jī)械臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到滿足各臂轉(zhuǎn)角范圍的同時(shí)能承受負(fù)載30 kg的目的。

表1 某輕質(zhì)液壓機(jī)械臂整機(jī)參數(shù)

3.1 大臂優(yōu)化前數(shù)據(jù)

首先以該輕質(zhì)液壓機(jī)械臂大臂的連桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行研究，其中，LAD=LCD=90 mm，LBC=50 mm，LBE=380 mm，LCE=332 mm。利用ADAMS軟件建立該液壓機(jī)械臂大臂模型，在自身質(zhì)量及負(fù)載重心處施加載荷50 kg，此時(shí)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂處于最大載荷工況，模擬機(jī)械臂大臂在整個(gè)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，大臂油缸受力隨大臂轉(zhuǎn)角的變化如圖5所示。從圖中可以看出，該液壓機(jī)械臂大臂在工作范圍內(nèi)的油缸受力區(qū)間跨度較大，當(dāng)大臂在達(dá)到極限位置即轉(zhuǎn)角為180°時(shí)，油缸工作載荷最大，數(shù)值為26 061 N，此時(shí)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)油缸不足以支撐機(jī)械臂穩(wěn)定在最大轉(zhuǎn)角姿態(tài)，對(duì)油缸選型和布置空間提出了更高的要求，載荷質(zhì)量比隨油缸型號(hào)的更換而減小。由此可知，對(duì)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為必要。

圖5 大臂油缸受力隨大臂轉(zhuǎn)角的變化

3.2 大臂優(yōu)化分析

根據(jù)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂大臂工作范圍及空間布置要求，對(duì)大臂建立優(yōu)化模型，即

min|FDE|max，

s.t. 0°≤θ≤180° ,

LDE(θ)≤LDE(θ+1) ,

50≤LAD≤110 ,

210≤LDE≤350 ,

30≤LAC≤100 ,

xmin≤x≤xmax，

(12)

其中

xmin={0, 170, 20, 210, 50, 150, 300, 150} ,

xmax={80, 300, 100, 320, 190, 250, 450, 290} 。

3.3 大臂優(yōu)化結(jié)果

保持機(jī)械臂大臂與支座的鉸接支點(diǎn)B不變，對(duì)大臂連桿機(jī)構(gòu)其余鉸接點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化前、 后各鉸接點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示。由表可知，優(yōu)化前、 后鉸接點(diǎn)坐標(biāo)變化范圍較小，原有機(jī)械臂布局空間能夠滿足要求。優(yōu)化前、 后大臂連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型如圖6所示，其中虛線為優(yōu)化前構(gòu)型，實(shí)線為優(yōu)化后構(gòu)型。

表2 優(yōu)化前、 后各鉸接點(diǎn)的坐標(biāo)

A′、 B′、 C′、 D′、 E′—優(yōu)化前鉸接點(diǎn)坐標(biāo)； A、 B、 C、 D、 E—優(yōu)化后鉸接點(diǎn)坐標(biāo)。圖6 優(yōu)化前、 后大臂連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型

根據(jù)優(yōu)化后的各鉸接點(diǎn)坐標(biāo)，利用ADAMS軟件建立連桿機(jī)構(gòu)模型，計(jì)算大臂轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的油缸載荷情況。經(jīng)仿真驗(yàn)證，在大臂轉(zhuǎn)角從0°增至180°的過(guò)程中，大臂優(yōu)化前、 后油缸受力隨轉(zhuǎn)角變化如圖7所示。從圖中可以看出，優(yōu)化后的最大油缸受力為11 607 N，比優(yōu)化前數(shù)據(jù)減小了約55%，并且優(yōu)化后的油缸在達(dá)到行程上、下限時(shí)工作載荷相等，有效地利用了油缸的驅(qū)動(dòng)潛力，提高了能源利用率。

圖7 大臂優(yōu)化前、 后油缸受力隨轉(zhuǎn)角變化

優(yōu)化前、 后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與大臂傳力的鉸接點(diǎn)載荷隨大臂轉(zhuǎn)角的變化如圖8所示。從圖中可以看出，優(yōu)化后的關(guān)節(jié)鉸接點(diǎn)載荷減小，為大臂結(jié)構(gòu)輕量化提供了優(yōu)化空間，進(jìn)一步增大了輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的載荷質(zhì)量比。

(a)鉸接點(diǎn)A

(b)鉸接點(diǎn)C圖8 優(yōu)化前、 后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與大臂傳力的鉸接點(diǎn)載荷 隨大臂轉(zhuǎn)角的變化

3.4 整機(jī)優(yōu)化前、后結(jié)果對(duì)比

對(duì)該輕質(zhì)液壓機(jī)械臂的二臂和小臂使用同樣的優(yōu)化思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化前、 后整機(jī)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型如圖9所示，其中虛線為優(yōu)化前各構(gòu)件姿態(tài)，實(shí)線為優(yōu)化后構(gòu)件姿態(tài)。從圖中可以看出，優(yōu)化前、 后構(gòu)件位置相差較小，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整機(jī)安裝空間要求的同時(shí)達(dá)到了優(yōu)化效果。

圖10所示為二臂和小臂優(yōu)化前、 后的油缸受力隨轉(zhuǎn)角的變化， 表3所示為整個(gè)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂優(yōu)化后油缸受力峰值。由圖10、 表3可知，優(yōu)化后連桿機(jī)構(gòu)的油缸工作載荷更小，驗(yàn)證了鉸接點(diǎn)位置優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的有效性。

圖9 優(yōu)化前、 后整機(jī)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型

(a)二臂

(b)小臂圖10 二臂和小臂優(yōu)化前、 后的油缸受力隨轉(zhuǎn)角的變化

表3 輕質(zhì)液壓機(jī)械臂優(yōu)化后油缸受力峰值

4 結(jié)論

本文中對(duì)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂連桿構(gòu)型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到以下主要結(jié)論：

1)輕質(zhì)液壓機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型對(duì)承載能力有很大影響。通過(guò)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械構(gòu)型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以確保輕質(zhì)液壓機(jī)械臂各臂在整個(gè)轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)有較高的驅(qū)動(dòng)效率和承載能力。

2)提出基于向量代數(shù)建立顯式模型的方法，并結(jié)合力矩平衡原理建立油缸工作載荷和機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)位置的參數(shù)化關(guān)系，該方法為實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

3)通過(guò)對(duì)山東大學(xué)研發(fā)的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂進(jìn)行實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，采用本文中優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的輕質(zhì)液壓機(jī)械臂不僅增大了載荷質(zhì)量比，而且可以減小關(guān)節(jié)鉸接點(diǎn)載荷，為整機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)提供更大的優(yōu)化空間。