桁架機(jī)械手的方案研究與設(shè)計(jì)及其仿真分析

吳靖宇 程中文

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)在不斷的向前發(fā)展，制造業(yè)和數(shù)字控制產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(xiàn)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

1.1 桁架機(jī)械手設(shè)計(jì)考慮因素

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?？梢詽M(mǎn)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。

1.2 桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)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(mén)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軸主要是實(shí)現(xiàn)水平直線(xiàn)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）具有反饋能力，要求執(zhí)行器在抓取、移動(dòng)的時(shí)候，具有檢測(cè)反饋的能力。

3 軟件仿真分析

ADAMS軟件是樣機(jī)仿真分析軟件，軟件主要是有基本模塊、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)械手的三部分進(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(xiàn)的機(jī)械化，自動(dòng)化，對(duì)人員得到安全保障，避免在一些危險(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)的制造成本，但是我國(guó)的機(jī)械手還在發(fā)展階段，不能達(dá)到世界先進(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)。

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