液壓重載機械臂設計與仿真

汪衛兵，黃子琰，趙鵬兵

（1.西安科技大學機械工程學院，陜西 西安 710054；2.西安電子科技大學機電工程學院，陜西 西安 710071）

1 引言

隨著社會的發展，許多行業如冶金、航空航天等領域的產品已經開始向大型、重型方向進行產業革新，如何實現安全有效的搬運和裝配成為亟待解決的問題，重載機械臂的發展為解決這些問題帶來轉機[1]。而現有重載機械臂普遍存在承載能力弱、功率密度低、工作范圍小、自由度較少、傳動不平穩等缺陷，無法靈活的抓取和放置工件，工作效率較低[2]。在同等功率條件下，液壓傳動所產生的驅動力（力矩）大，其負荷-自重比具有顯著優勢，并且具有結構緊湊、傳動平穩等優點[3]。

國內外基于液壓驅動已經研發出多款機器人。文獻[4]陸續研發了具有12 和16 自由度的Big Dog 和Petmen 機器人。文獻[5-6]設計了一款負重可達300公斤的液壓機械臂。國內中信重工研發了一款可舉三噸重物的液壓重載機械巨手，旨在解決工業領域中重型工件搬運、裝配以及重型裝備的維護作業等問題[7]。

這里針對六自由度液壓重載機械臂建立了末端執行器的笛卡爾坐標空間與關節角度空間的聯系；利用ADAMS軟件對機械臂的動力學特性進行了分析，為后續液壓機械臂的控制系統設計提供了數學模型，并為液壓重載機械臂的研制提供了理論依據和技術支持[8-10]。

2 液壓機械臂結構設計

為使設計的機器人運動范圍廣，通用性強，選擇6個自由度作為機器人系統的自由度，分別為基座、前臂、后臂、橫擺、俯仰和末端夾持器，且均為轉動關節。……