服務于數(shù)控機床群的移動機械手的設計與分析.pdf

1、二十一世紀是柔性制造飛速發(fā)展的世紀，作為柔性制造單元(FMC)中一個重要的工具，機器人的柔性必須得到大力提高。當今的FMC中移動機器人和工業(yè)機械手通常是相分離的，這就大大限制了整個柔性制造系統(tǒng)的柔性能力。移動機器人只是負責將工件從一個工作區(qū)送到另一個工作區(qū)，并不具有操作功能;而工業(yè)機械手只能夠在特定的工作環(huán)境中進行操作工作，并不具有移動功能。兩者的相互獨立性已經(jīng)越來越限制柔性制造單元(FMC)的柔性能力的進一步發(fā)展。將工業(yè)機械手安裝在移

2、動機器人上，使二者功能互補，是解決上述限制的一個途徑。因此，研究開發(fā)移動機械手，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的移動機器人和工業(yè)機械手將具有很高的工程應用價值。本文結(jié)合移動機械手的工作環(huán)境以及工作要求，設計了一種服務于數(shù)控機床群的移動機械手，進行了運動學分析及運動學仿真，并對移動機械手的關(guān)鍵部件進行了有限元分析及優(yōu)化。
　　 首先，本文介紹了工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了傳統(tǒng)的工業(yè)機器人在現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)中存在的不足，針對工作環(huán)境以及被抓取對象設計了

3、一種服務于數(shù)控機床群的移動機械手，對機械手的抓取方案進行了整體規(guī)劃，給出了機械手的工作流程，對移動機械手的具體結(jié)構(gòu)進行了設計分析及三維建模。并提出了將基于四桿及五桿機構(gòu)的混合機構(gòu)應用到移動機械手的手臂上，以擴大機械手的運動空間，提高其工作靈活性。
　　 其次，在進行機械手整體運動學分析前，運用矢量方程解析法對手臂進行運動學分析，通過分析的結(jié)果簡化模型，以減小運動學求解的工作量;基于簡化后的模型，運用經(jīng)典的D-H法（四參數(shù)法），建

4、立移動機械手的桿件坐標系;運用各桿件的齊次坐標變換矩陣及手臂運動學分析的結(jié)果，推導出整個機械手的運動學方程，并求得相應的關(guān)節(jié)變量，為研究移動機械手的軌跡規(guī)劃及控制提供依據(jù);基于蒙特卡洛方法，運用Matlab軟件對移動機械手進行了工作空間的求解。
　　 再次，利用移動機械手三維實體模型在ADMAS中建立虛擬樣機，對虛擬樣機模型的質(zhì)量、材料、約束及驅(qū)動起始條件進行了設置，進行了運動學分析，得出了機械手的運動特性，同時也為以后進一步結(jié)

5、構(gòu)優(yōu)化設計提供重要參考;根據(jù)分析結(jié)果對其進行分析及評價。結(jié)果表明:所設計的移動機械手能夠滿足設計要求，整體運動平穩(wěn)。
　　 最后，利用ANSYSWorkbench軟件對機械手關(guān)鍵部件進行靜力學分析，完成移動機械手的強度、剛度校核，并運用模態(tài)分析研究其振動特性，基于拓撲優(yōu)化理論對其關(guān)鍵部件進行了優(yōu)化，為后續(xù)CAD再設計奠定基礎(chǔ)。同時，采用目標驅(qū)動優(yōu)化設計(Goal-DrivenOptimization)的方法實現(xiàn)了對關(guān)鍵桿件的多目