碼垛機器人臂部及整體運動分析

陳菡菡

（湄洲灣職業技術學院，福建 莆田 351254）

1 引言

機器人碼垛機是現在流水線生產中必不可少的包裝機械之一，他的主要功能就是將產品能夠更好地進行碼垛，保證產品的正常包裝和搬運，這樣就能夠減少人工成本1。本文主要利用Solidworks有限元分析軟件Simulation對碼垛機器人臂部進行有限元分析，并對碼垛機器人整體運動進行分析。

2 碼垛機器人總體結構

該碼垛機器人為四自由度機器人，整個設備由機械結構包括底部基座、腰部、臂部和腕部。總體結構如圖1所示。

3 臂部的有限元分析與優化

Simulation有限元分析軟件是Solidworks軟件中的一個無縫插件，可以提供靜力分析、熱傳導、扭曲、頻率等多方面分析。利用Simulation對臂部裝配體進行靜力分析，得出臂部構件的強度和剛度的分析結果。首先建立前大臂、后大臂、小臂和大臂連桿的數學模型，設置零件材料，將零件連接設置為銷釘接頭，以最高點為危險受力分析，固定前大臂和后大臂的底端孔，選擇合適單元類型及大小進行網格劃分，運行分析得出應力分布圖2和位移分布圖3。可以找出小臂與前大臂連接孔為應力最大處。

通過simulation的有限元分析，可以在滿足構件強度和剛度使用要求的前提下，使構件結構尺寸合理化，以減輕重量，減小轉動慣量，節省材料，降低了制造成本。

圖1 碼垛機器人結構

圖2 臂部構件的應力分布圖

圖3 臂部構件的位移分布圖

4 碼垛機器人的運動分析

圖4 碼垛機器人的運動學分析

碼垛機器人的運動學分析需要根據解析幾何法建立坐標系3，分析其運動學特性，計算出其末端執行器的位置和姿態與各參變量的關系，繪制出碼垛機器人的運動學簡圖。（圖4）

（9）式即碼垛機器人G點的運動方程。通過伺服電機驅動水平運動副和垂直運動副，通過改變α、β以及θ1、θ2可以使得碼垛機器人準確定位。

5 結論

本文通過Solidworks有限元分析軟件對碼垛機器人的臂部結構進行分析。通過模型的運動學分析和計算獲得機器人的位姿變換關系式，從樣機結果表明，該碼垛機器人臂部結構緊湊，并可實現位置精確控制。