服務(wù)于數(shù)控機(jī)床群的移動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、二十一世紀(jì)是柔性制造飛速發(fā)展的世紀(jì)，作為柔性制造單元(FMC)中一個(gè)重要的工具，機(jī)器人的柔性必須得到大力提高。當(dāng)今的FMC中移動(dòng)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)械手通常是相分離的，這就大大限制了整個(gè)柔性制造系統(tǒng)的柔性能力。移動(dòng)機(jī)器人只是負(fù)責(zé)將工件從一個(gè)工作區(qū)送到另一個(gè)工作區(qū)，并不具有操作功能;而工業(yè)機(jī)械手只能夠在特定的工作環(huán)境中進(jìn)行操作工作，并不具有移動(dòng)功能。兩者的相互獨(dú)立性已經(jīng)越來越限制柔性制造單元(FMC)的柔性能力的進(jìn)一步發(fā)展。將工業(yè)機(jī)械手安裝在移

2、動(dòng)機(jī)器人上，使二者功能互補(bǔ)，是解決上述限制的一個(gè)途徑。因此，研究開發(fā)移動(dòng)機(jī)械手，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人和工業(yè)機(jī)械手將具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合移動(dòng)機(jī)械手的工作環(huán)境以及工作要求，設(shè)計(jì)了一種服務(wù)于數(shù)控機(jī)床群的移動(dòng)機(jī)械手，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并對(duì)移動(dòng)機(jī)械手的關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元分析及優(yōu)化。
　　 首先，本文介紹了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)中存在的不足，針對(duì)工作環(huán)境以及被抓取對(duì)象設(shè)計(jì)了

3、一種服務(wù)于數(shù)控機(jī)床群的移動(dòng)機(jī)械手，對(duì)機(jī)械手的抓取方案進(jìn)行了整體規(guī)劃，給出了機(jī)械手的工作流程，對(duì)移動(dòng)機(jī)械手的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析及三維建模。并提出了將基于四桿及五桿機(jī)構(gòu)的混合機(jī)構(gòu)應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)械手的手臂上，以擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)空間，提高其工作靈活性。
　　 其次，在進(jìn)行機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析前，運(yùn)用矢量方程解析法對(duì)手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，通過分析的結(jié)果簡(jiǎn)化模型，以減小運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的工作量;基于簡(jiǎn)化后的模型，運(yùn)用經(jīng)典的D-H法（四參數(shù)法），建

4、立移動(dòng)機(jī)械手的桿件坐標(biāo)系;運(yùn)用各桿件的齊次坐標(biāo)變換矩陣及手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的結(jié)果，推導(dǎo)出整個(gè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并求得相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，為研究移動(dòng)機(jī)械手的軌跡規(guī)劃及控制提供依據(jù);基于蒙特卡洛方法，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行了工作空間的求解。
　　 再次，利用移動(dòng)機(jī)械手三維實(shí)體模型在ADMAS中建立虛擬樣機(jī)，對(duì)虛擬樣機(jī)模型的質(zhì)量、材料、約束及驅(qū)動(dòng)起始條件進(jìn)行了設(shè)置，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得出了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特性，同時(shí)也為以后進(jìn)一步結(jié)

5、構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要參考;根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)械手能夠滿足設(shè)計(jì)要求，整體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
　　 最后，利用ANSYSWorkbench軟件對(duì)機(jī)械手關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，完成移動(dòng)機(jī)械手的強(qiáng)度、剛度校核，并運(yùn)用模態(tài)分析研究其振動(dòng)特性，基于拓?fù)鋬?yōu)化理論對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化，為后續(xù)CAD再設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)(Goal-DrivenOptimization)的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵桿件的多目