碼垛機器人臂部及整體運動分析

陳菡菡

【摘 要】碼垛機器人在解決勞動力不足、提高勞動生產效率、降低生產成本和工人勞動強度、改善生產環境等方面具有重要意義。論文闡述了碼垛機器人的結構組成，利用Solidworks有限元分析軟件Simulation對機器人臂部結構進行了動靜力學分析；進行碼垛機器人運動分析。

【Abstract】The robot palletizer is of great significance in solving the shortage of labor force， improving labor production efficiency， reducing production cost and labor intensity， improving production environment and so on. The paper expounds the structure composition of the robot palletizer， uses Simulation of Solidworks finite element analysis software to analyze the dynamic and static mechanics of the arm structure of the robot. The motion of robot palletizer is analyzed.

【關鍵詞】碼垛機器人；運動分析；臂部

【Keywords】 robot palletizer； motion analysis； arm

【中圖分類號】TP242 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0152-02

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。

4 碼垛機器人的運動分析

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。

【參考文獻】

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【3】李祥，宗克柱，張延勝.碼垛機器人整機的有限元分析與優化[J].中國新技術新產品，2016（1）：29-32.