一種基于連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

辛鳴

摘 要：本文運(yùn)用連桿機(jī)構(gòu)理論，設(shè)計(jì)了一種基于連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)用的機(jī)械手，運(yùn)用SolidWorks軟件建立機(jī)械手的模型。通過在ADAMS環(huán)境下添加約束和運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，獲得機(jī)械手末端執(zhí)行器的位移和速度的運(yùn)動(dòng)曲線，該研究為機(jī)械手的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：連桿機(jī)構(gòu) 機(jī)械手 運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0115-02

機(jī)械手是一種能夠模擬人體上肢運(yùn)動(dòng)的多自由度的空間運(yùn)動(dòng)機(jī)械[1]，采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)由一系列桿件通過各種關(guān)節(jié)連接而成的運(yùn)動(dòng)鏈，具有很高的運(yùn)動(dòng)靈活性[2，3]。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析對(duì)于機(jī)械手的性能研究非常重要，求解機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)通常采用理論的數(shù)值計(jì)算和仿真分析兩種方法。而對(duì)于機(jī)械手研究的初學(xué)者來說，想要觀察其機(jī)械手各關(guān)節(jié)的速度、加速度等隨時(shí)間變化的曲線，借助于計(jì)算機(jī)輔助的仿真分析方法能夠快速便捷地解決機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解問題。

1 機(jī)械手的設(shè)計(jì)

本文提出一種基于連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，該機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手的虛擬樣機(jī)見圖1所示。

2 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真是通過運(yùn)動(dòng)仿真軟件ADAMS進(jìn)行仿真模擬[4]，驗(yàn)證模型的正確性。本文運(yùn)用ADAMS仿真軟件，模擬在給定機(jī)械手各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度曲線，求解機(jī)械手末端的位移和速度等。

將SolidWorks建模的機(jī)械手導(dǎo)入到Adams軟件中，添加機(jī)構(gòu)的約束和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，其電機(jī)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)采用step函數(shù)，分別如下所示。

電機(jī)1：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 150d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -200d）；

電機(jī)2：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -50d）；

電機(jī)3：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 30d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；

電機(jī)4：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -20d）；

電機(jī)5：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 15d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；

電機(jī)6：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 10d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -10d）

通過Adams軟件的仿真分析，得到機(jī)械手末端構(gòu)件6位移和速度曲線如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3的仿真結(jié)果可以看出，機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中末端執(zhí)行器的位移變化平緩，Z方向的位移變化范圍最大；速度軌跡運(yùn)動(dòng)曲線光滑，沒有跳點(diǎn)，機(jī)械手的速度曲線中開始和結(jié)束的速度都為零，速度曲線中Z方向的變化范圍大，X方向的變化最小。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在ADAMS/View環(huán)境下，對(duì)基于連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械手虛擬樣機(jī)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真，得到了機(jī)械手末端執(zhí)行器的位移和速度仿真曲線，仿真結(jié)果表明機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中運(yùn)動(dòng)平滑，無跳點(diǎn)，符合了機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)的合理性。本文的研究對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖麗萍，蔡金平，楊紅飛.一種空間多自由度機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)模擬[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2012，174（5）：6-8.

[2] 趙獻(xiàn)丹，何慶中，劉明，等.3-6自由度串聯(lián)機(jī)械手工作空間放置程序研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（4）：38-40.

[3] 趙輝，呂奇杰.基于六自由度機(jī)械手上下料的運(yùn)動(dòng)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（14）：140-142.

[4] 王學(xué)忠，王鵬，王國(guó)明.基于Adams/view六自由度串聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（2）：73-74.endprint