桁架機(jī)械手的方案研究與設(shè)計(jì)及其仿真分析

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1、桁架機(jī)械手的方案研究與設(shè)計(jì)及其仿真分析 摘要：隨著科學(xué)技術(shù)在不斷的向前開(kāi)展，制造業(yè)和數(shù)字控制產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展也變得非常重要，傳統(tǒng)的生產(chǎn)中，工件需要人來(lái)進(jìn)行搬運(yùn)，而現(xiàn)在生產(chǎn)線和機(jī)床上，出現(xiàn)了機(jī)械手，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)化搬運(yùn)，本文研究分析桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)利用三維軟件進(jìn)行機(jī)械手的仿真分析。 關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)方案；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軟件仿真分析 1設(shè)計(jì)方案 桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，需要考慮的主要問(wèn)題如下： 〔1〕機(jī)械手在搬運(yùn)工件的時(shí)候，能搬運(yùn)的距離要設(shè)計(jì)的大一些，確保可以滿足工作要求； 〔2〕負(fù)載量要大，機(jī)械手可以搬運(yùn)零件的重量要大； 〔3〕效率要高，機(jī)械手的實(shí)現(xiàn)就是解決人

2、工作中的效率； 〔4〕機(jī)械手的強(qiáng)度和剛度要好，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)中有很多關(guān)節(jié)、立柱、梁等，所以要保證一定的剛度； 〔5〕經(jīng)濟(jì)性要好。 方法 桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法有兩種，分別如下： 〔1〕三自由度龍門式機(jī)械手，如圖1，這種設(shè)計(jì)方案具有行程大、負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在兩個(gè)平行軸上的剛度和強(qiáng)度都非常好，但是也是有一定的缺點(diǎn)，占地面積大、不易放置。 〔2〕二自由度機(jī)械手，如圖2，二自由度的結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)立柱上有一個(gè)橫梁，這種結(jié)構(gòu)與三自由度相比，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)行程大，負(fù)載強(qiáng)。 2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)采用二自由度機(jī)械手，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，X軸傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，X軸主要

3、是實(shí)現(xiàn)水平直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)中主要是有齒條、齒輪等，如圖3，該結(jié)構(gòu)中導(dǎo)軌和齒條是通過(guò)內(nèi)六角螺栓緊固在X軸加強(qiáng)版上。 末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)方案如圖4，主要的設(shè)計(jì)要求如下： 〔1〕夾緊力可靠，機(jī)械手主要是抓取零件，所以要求機(jī)械手爪夾緊力要大； 〔2〕工作效率高，機(jī)械手在桁架上工作時(shí)候，手爪的上下行，張開(kāi)、抓取都需要速度快； 〔3〕具有反響能力，要求執(zhí)行器在抓取、移動(dòng)的時(shí)候，具有檢測(cè)反響的能力。 3軟件仿真分析 ADAMS軟件是樣機(jī)仿真分析軟件，軟件主要是有根本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊等。特點(diǎn)如下： 〔1〕使用該軟件具有交互式圖形環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)建模； 〔2〕可以進(jìn)行靜力學(xué)和準(zhǔn)靜

4、力學(xué)分析； 〔3〕求解的非常精準(zhǔn)、快； 〔4〕可以與CAD和FEA軟件實(shí)現(xiàn)通信。 對(duì)于桁架機(jī)械手模型的建立主要是通過(guò)以下幾個(gè)步驟進(jìn)行： 〔1〕對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將桁架機(jī)械手的三局部進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，在ADAMS分析中，將裝配體所有部件視為剛體； 〔2〕運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，通過(guò)設(shè)置重力加速度、材料屬性、約束設(shè)置，完成機(jī)械手的仿真。 ADAMS中有移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、螺旋副、固定副4種，最終對(duì)機(jī)械手的約束設(shè)計(jì)如下表。 4結(jié)論 對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手的出現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)為解決生產(chǎn)單位對(duì)人員招聘的難題，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的機(jī)械化，自動(dòng)化，對(duì)人員得到平安保障，防止在一些危險(xiǎn)系數(shù)較高位置，出現(xiàn)員工工傷的現(xiàn)象，對(duì)零件的生產(chǎn)效率也能得到提升，降低公司企業(yè)的制造本錢，但是我國(guó)的機(jī)械手還在開(kāi)展階段，不能到達(dá)世界先進(jìn)領(lǐng)域，需要設(shè)計(jì)人員不斷的努力，將我國(guó)機(jī)械手行業(yè)向世界高端領(lǐng)域前進(jìn)。 參考文獻(xiàn)： 【1】周正干，李然.點(diǎn)焊機(jī)器人動(dòng)態(tài)性能有限元分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2021.28〔5〕：566569. 【2】張紅.SCARA機(jī)器人小臂結(jié)構(gòu)特性分析[D].天津：天津大學(xué)，2021. 【3】王瑋.步進(jìn)內(nèi)置式深孔加工機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2021.