桁架机械手的方案研究与设计及其仿真分析

吴靖宇 程中文

摘要：随着科学技术在不断的向前发展，制造业和数字控制产业的发展也变得非常重要，传统的生产中，工件需要人来进行搬运，而现在生产线和机床上，出现了机械手，可以实现对工件的自动化搬运，本文研究分析桁架机械手的设计方案，对其进行结构设计，同时利用三维软件进行机械手的仿真分析。

关键词：设计方案；结构设计；软件仿真分析

1 设计方案

1.1 桁架机械手设计考虑因素

桁架机械手的设计中，需要考虑的主要问题如下：

（1）机械手在搬运工件的时候，能搬运的距离要设计的大一些，确保可以满足工作要求；

（2）负载量要大，机械手可以搬运零件的重量要大；

（3）效率要高，机械手的实现就是解决人工作中的效率；

（4）机械手的强度和刚度要好，机械手的结构中有很多关节、立柱、梁等，所以要保证一定的刚度；

（5）经济性要好。

1.2 桁架机械手的设计方法

桁架机械手的设计方法有两种，分别如下：

（1）三自由度龙门式机械手，如图1，这种设计方案具有行程大、负载能力强的特点，在两个平行轴上的刚度和强度都非常好，但是也是有一定的缺点，占地面积大、不易放置。

（2）二自由度机械手，如图2，二自由度的结构是在两个立柱上有一个横梁，这种结构与三自由度相比，优点在于结构简单、占地面积小、同时也可以实现搬运行程大，负载强。

2 结构设计

桁架机械手的设计采用二自由度机械手，结构设计方面，X轴传送机构的设计，X轴主要是实现水平直线运动，结构中主要是有齿条、齿轮等，如图3，该结构中导轨和齿条是通过内六角螺栓紧固在X轴加强版上。

末端执行器的设计方案如图4，主要的设计要求如下：

（1）夹紧力可靠，机械手主要是抓取零件，所以要求机械手爪夹紧力要大；

（2）工作效率高，机械手在桁架上工作时候，手爪的上下行，张开、抓取都需要速度快；

（3）具有反馈能力，要求执行器在抓取、移动的时候，具有检测反馈的能力。

3 软件仿真分析

ADAMS软件是样机仿真分析软件，软件主要是有基本模块、扩展模块、接口模块等。特点如下：

（1）使用该软件具有交互式图形环境，可以实现机械系统的参数建模；

（2）可以进行静力学和准静力学分析；

（3）求解的非常精准、快；

（4）可以与CAD和FEA软件实现通信。

对于桁架机械手模型的建立主要是通过以下几个步骤进行：

（1）对模型进行简化，将桁架机械手的三部分进行模型简化，在ADAMS分析中，将装配体所有部件视为刚体；

（2）运动学仿真，通过设置重力加速度、材料属性、约束设置，完成机械手的仿真。

ADAMS中有移动副、转动副、螺旋副、固定副4种，最终对机械手的约束设计如下表。

4 结论

对于工业生产中，机械手的出现，优点为解决生产单位对人员招聘的难题，可以实现生产线的机械化，自动化，对人员得到安全保障，避免在一些危險系数较高位置，出现员工工伤的现象，对零件的生产效率也能得到提升，降低公司企业的制造成本，但是我国的机械手还在发展阶段，不能达到世界先进领域，需要设计人员不断的努力，将我国机械手行业向世界高端领域前进。

参考文献：

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