基于ADAMS的空中滑臺機器人動力學特性分析

孫中剛 郭濤

摘 要 文章主要闡述的內容包括設計標準六軸機器人空中滑臺系統，配合多臺加工中心構成一序多機加工單元。基于多體動力學分析軟件ADAMS建立機器人空中滑臺系統虛擬樣機模型[1]，驗證伺服電機和減速器選型合理。基于虛擬樣機模型對機器人空中滑臺系統在不同工況下進行仿真分析，得出在最大加速度及機器人臂展最長工況下的驅動齒輪嚙合力曲線。

關鍵詞 機器人;空中滑臺;ADAMS;虛擬樣機;動力學

引言

汽車發動機缸體和缸蓋在鑄造完成后要進行多工序機械加工，國內大部分車廠都已實現配合加工中心自動上下料集成。傳統形式有直角坐標機器人、坐地標準六軸機器人和地面滑臺標準六軸機器人形式。綜合上述三種形式的優缺點，設計標準六軸機器人空中滑臺系統，配合多臺加工中心構成一序多機加工單元，機器人從加工中心頂門進行上下料，如其中一臺設備發生故障，可單獨切出生產，封閉頂門，從側門進行維修，生產線不會停機，保證最大生產效率。

1標準六軸機器人空中滑臺系統設計

滑臺系統參數：滑臺最大負載W≥3300KG;最高速度=2.5M/S;最大加速度=1M/S?;加減速時間T=0.5S;重復單位精度：±0.5mm;共振頻率≥10Hz;最大撓度≤0.7mm/10M。

1-六軸機器人 2-空中滑臺 3-加工中心 4-地面輸送輥道

5-空中維修通道

滑臺通過伺服電機-直線導軌-齒輪齒條傳動鏈實現機器人的移動，齒輪齒數Z=40，模數m=4，分度圓直徑d=40×4=160mm，減速機減速比I=11[2]，力學參數計算如下：

加速時驅動力：

勻速時驅動力：

減速時驅動力：

負載扭矩：

電機功率：

其中為直線導軌摩擦系數，G為重力加速度，為齒輪齒條傳動效率，n為伺服電機轉速。

2基于ADAMS的空中滑臺系統虛擬樣機模型建立及動力學分析

伺服電機額定轉速n=1500r/min，折算到ADAMS中以度/秒為單位的輸入轉速為，加減速時間為0.5S，仿真總時長為2.5S，則ADAMS中伺服電機輸入轉速函數為：

step（time，0，0d，0.5，-9000d）+step（time，0.5，0d，2，0d）+step（time，2，0d，2.5，9000d）

通過ADAMS虛擬樣機仿真分析，得出機器人在最大臂展姿態下齒輪齒條X向接觸力曲線最大值為15111.5108N，Y向接觸力曲線最大值為16298.1694N，Z向接觸力曲線最大值為2458.3463N。最大力都出現在啟動和停止階段，勻速運行階段曲線平穩，傳動鏈系統設計合理。

驅動伺服電機轉矩曲線最大值125.9457，最小值1.8951，在啟動和停止階段，電機輸出較大扭矩，勻速運動階段，電機扭矩曲線平穩，系統設計合理。

3結束語

（1）設計空中滑臺機器人一序多機加工單元，實現機器人最大化利用，單機設備出現故障維護不停機。

（2）基于多體動力學分析軟件ADAMS建立空中滑臺系統虛擬樣機模型進行分析，得出齒輪齒條接觸力參數，驅動伺服電機轉矩曲線。

參考文獻

[1] 李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M].北京：國防工業出版社， 2008：101.

[2] 石博強，申焱華，寧曉斌，等.ADAMS基礎與工程范例教程[M].北京：中國鐵道出版社，2007：168.