一種基于連桿機構(gòu)的機械手的運動學(xué)仿真

辛鳴

摘 要：本文運用連桿機構(gòu)理論，設(shè)計了一種基于連桿機構(gòu)的實用的機械手，運用SolidWorks軟件建立機械手的模型。通過在ADAMS環(huán)境下添加約束和運動，完成機械手的運動學(xué)仿真，獲得機械手末端執(zhí)行器的位移和速度的運動曲線，該研究為機械手的設(shè)計提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：連桿機構(gòu) 機械手 運動仿真

中圖分類號：TP241 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0115-02

機械手是一種能夠模擬人體上肢運動的多自由度的空間運動機械[1]，采用串聯(lián)機構(gòu)由一系列桿件通過各種關(guān)節(jié)連接而成的運動鏈，具有很高的運動靈活性[2，3]。機械手的運動學(xué)分析對于機械手的性能研究非常重要，求解機械手的運動學(xué)通常采用理論的數(shù)值計算和仿真分析兩種方法。而對于機械手研究的初學(xué)者來說，想要觀察其機械手各關(guān)節(jié)的速度、加速度等隨時間變化的曲線，借助于計算機輔助的仿真分析方法能夠快速便捷地解決機械手運動學(xué)的求解問題。

1 機械手的設(shè)計

本文提出一種基于連桿機構(gòu)的機械手，該機械手能實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的運動，機械手的虛擬樣機見圖1所示。

2 機械手的運動學(xué)仿真分析

機構(gòu)的運動學(xué)仿真是通過運動仿真軟件ADAMS進行仿真模擬[4]，驗證模型的正確性。本文運用ADAMS仿真軟件，模擬在給定機械手各驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動角度曲線，求解機械手末端的位移和速度等。

將SolidWorks建模的機械手導(dǎo)入到Adams軟件中，添加機構(gòu)的約束和電機的驅(qū)動函數(shù)，其電機的驅(qū)動函數(shù)采用step函數(shù)，分別如下所示。

電機1：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 150d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -200d）；

電機2：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -50d）；

電機3：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 30d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；

電機4：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -20d）；

電機5：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 15d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；

電機6：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 10d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -10d）

通過Adams軟件的仿真分析，得到機械手末端構(gòu)件6位移和速度曲線如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3的仿真結(jié)果可以看出，機械手在運動過程中末端執(zhí)行器的位移變化平緩，Z方向的位移變化范圍最大；速度軌跡運動曲線光滑，沒有跳點，機械手的速度曲線中開始和結(jié)束的速度都為零，速度曲線中Z方向的變化范圍大，X方向的變化最小。

3 結(jié)語

本文在ADAMS/View環(huán)境下，對基于連桿機構(gòu)的機械手虛擬樣機進行了運動學(xué)的仿真，得到了機械手末端執(zhí)行器的位移和速度仿真曲線，仿真結(jié)果表明機構(gòu)運行過程中運動平滑，無跳點，符合了機械手的設(shè)計要求，驗證了該機構(gòu)的合理性。本文的研究對機械手的設(shè)計和優(yōu)化具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 肖麗萍，蔡金平，楊紅飛.一種空間多自由度機械手的優(yōu)化設(shè)計及動態(tài)模擬[J].機械工程與自動化，2012，174（5）：6-8.

[2] 趙獻丹，何慶中，劉明，等.3-6自由度串聯(lián)機械手工作空間放置程序研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010（4）：38-40.

[3] 趙輝，呂奇杰.基于六自由度機械手上下料的運動分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015（14）：140-142.

[4] 王學(xué)忠，王鵬，王國明.基于Adams/view六自由度串聯(lián)機器人運動學(xué)仿真[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（2）：73-74.endprint