| 标题 | 桁架机械手的方案研究与设计及其仿真分析 |
| 范文 | 吴靖宇 程中文 摘要：随着科学技术在不断的向前发展，制造业和数字控制产业的发展也变得非常重要，传统的生产中，工件需要人来进行搬运，而现在生产线和机床上，出现了机械手，可以实现对工件的自动化搬运，本文研究分析桁架机械手的设计方案，对其进行结构设计，同时利用三维软件进行机械手的仿真分析。 关键词：设计方案；结构设计；软件仿真分析 1 设计方案 1.1 桁架机械手设计考虑因素 桁架机械手的设计中，需要考虑的主要问题如下： （1）机械手在搬运工件的时候，能搬运的距离要设计的大一些，确保可以满足工作要求； （2）负载量要大，机械手可以搬运零件的重量要大； （3）效率要高，机械手的实现就是解决人工作中的效率； （4）机械手的强度和刚度要好，机械手的结构中有很多关节、立柱、梁等，所以要保证一定的刚度； （5）经济性要好。 1.2 桁架机械手的设计方法 桁架机械手的设计方法有两种，分别如下： （1）三自由度龙门式机械手，如图1，这种设计方案具有行程大、负载能力强的特点，在两个平行轴上的刚度和强度都非常好，但是也是有一定的缺点，占地面积大、不易放置。 （2）二自由度机械手，如图2，二自由度的结构是在两个立柱上有一个横梁，这种结构与三自由度相比，优点在于结构简单、占地面积小、同时也可以实现搬运行程大，负载强。 2 结构设计 桁架机械手的设计采用二自由度机械手，结构设计方面，X轴传送机构的设计，X轴主要是实现水平直线运动，结构中主要是有齿条、齿轮等，如图3，该结构中导轨和齿条是通过内六角螺栓紧固在X轴加强版上。 末端执行器的设计方案如图4，主要的设计要求如下： （1）夹紧力可靠，机械手主要是抓取零件，所以要求机械手爪夹紧力要大； （2）工作效率高，机械手在桁架上工作时候，手爪的上下行，张开、抓取都需要速度快； （3）具有反馈能力，要求执行器在抓取、移动的时候，具有检测反馈的能力。 3 软件仿真分析 ADAMS软件是样机仿真分析软件，软件主要是有基本模块、扩展模块、接口模块等。特点如下： （1）使用该软件具有交互式图形环境，可以实现机械系统的参数建模； （2）可以进行静力学和准静力学分析； （3）求解的非常精准、快； （4）可以与CAD和FEA软件实现通信。 对于桁架机械手模型的建立主要是通过以下几个步骤进行： （1）对模型进行简化，将桁架机械手的三部分进行模型简化，在ADAMS分析中，将装配体所有部件视为刚体； （2）运动学仿真，通过设置重力加速度、材料属性、约束设置，完成机械手的仿真。 ADAMS中有移动副、转动副、螺旋副、固定副4种，最终对机械手的约束设计如下表。 4 结论 对于工业生产中，机械手的出现，优点为解决生产单位对人员招聘的难题，可以实现生产线的机械化，自动化，对人员得到安全保障，避免在一些危險系数较高位置，出现员工工伤的现象，对零件的生产效率也能得到提升，降低公司企业的制造成本，但是我国的机械手还在发展阶段，不能达到世界先进领域，需要设计人员不断的努力，将我国机械手行业向世界高端领域前进。 参考文献： [1]周正干，李然.点焊机器人动态性能有限元分析[J].北京航空航天大学学报，2002.28（5）：566569. [2]张红.SCARA机器人小臂结构特性分析[D].天津：天津大学，2008. [3]王玮.步进内置式深孔加工机器人结构设计与动态特性研究[D].兰州：兰州理工大学，2010. |
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