桁架機械手的方案研究與設計及其仿真分析

吳靖宇 程中文

摘要：隨著科學技術在不斷的向前發展，制造業和數字控制產業的發展也變得非常重要，傳統的生產中，工件需要人來進行搬運，而現在生產線和機床上，出現了機械手，可以實現對工件的自動化搬運，本文研究分析桁架機械手的設計方案，對其進行結構設計，同時利用三維軟件進行機械手的仿真分析。

關鍵詞：設計方案；結構設計；軟件仿真分析

1 設計方案

1.1 桁架機械手設計考慮因素

桁架機械手的設計中，需要考慮的主要問題如下：

（1）機械手在搬運工件的時候，能搬運的距離要設計的大一些，確保可以滿足工作要求；

（2）負載量要大，機械手可以搬運零件的重量要大；

（3）效率要高，機械手的實現就是解決人工作中的效率；

（4）機械手的強度和剛度要好，機械手的結構中有很多關節、立柱、梁等，所以要保證一定的剛度；

（5）經濟性要好。

1.2 桁架機械手的設計方法

桁架機械手的設計方法有兩種，分別如下：

（1）三自由度龍門式機械手，如圖1，這種設計方案具有行程大、負載能力強的特點，在兩個平行軸上的剛度和強度都非常好，但是也是有一定的缺點，占地面積大、不易放置。

（2）二自由度機械手，如圖2，二自由度的結構是在兩個立柱上有一個橫梁，這種結構與三自由度相比，優點在于結構簡單、占地面積小、同時也可以實現搬運行程大，負載強。

2 結構設計

桁架機械手的設計采用二自由度機械手，結構設計方面，X軸傳送機構的設計，X軸主要是實現水平直線運動，結構中主要是有齒條、齒輪等，如圖3，該結構中導軌和齒條是通過內六角螺栓緊固在X軸加強版上。

末端執行器的設計方案如圖4，主要的設計要求如下：

（1）夾緊力可靠，機械手主要是抓取零件，所以要求機械手爪夾緊力要大；

（2）工作效率高，機械手在桁架上工作時候，手爪的上下行，張開、抓取都需要速度快；

（3）具有反饋能力，要求執行器在抓取、移動的時候，具有檢測反饋的能力。

3 軟件仿真分析

ADAMS軟件是樣機仿真分析軟件，軟件主要是有基本模塊、擴展模塊、接口模塊等。特點如下：

（1）使用該軟件具有交互式圖形環境，可以實現機械系統的參數建模；

（2）可以進行靜力學和準靜力學分析；

（3）求解的非常精準、快；

（4）可以與CAD和FEA軟件實現通信。

對于桁架機械手模型的建立主要是通過以下幾個步驟進行：

（1）對模型進行簡化，將桁架機械手的三部分進行模型簡化，在ADAMS分析中，將裝配體所有部件視為剛體；

（2）運動學仿真，通過設置重力加速度、材料屬性、約束設置，完成機械手的仿真。

ADAMS中有移動副、轉動副、螺旋副、固定副4種，最終對機械手的約束設計如下表。

4 結論

對于工業生產中，機械手的出現，優點為解決生產單位對人員招聘的難題，可以實現生產線的機械化，自動化，對人員得到安全保障，避免在一些危險系數較高位置，出現員工工傷的現象，對零件的生產效率也能得到提升，降低公司企業的制造成本，但是我國的機械手還在發展階段，不能達到世界先進領域，需要設計人員不斷的努力，將我國機械手行業向世界高端領域前進。

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