新型鋼管打捆機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析

李 震，柴曉艷

(1.天津理工大學(xué) 天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室，天津 300384；2.機(jī)電工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(天津理工大學(xué))，天津 300384)

0 前言

隨著我國(guó)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸升級(jí)，國(guó)內(nèi)的鋼材用量增長(zhǎng)迅速，特別是鋼管行業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，我國(guó)的鋼管產(chǎn)量多年來(lái)穩(wěn)居世界首位，國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)對(duì)于鋼管生產(chǎn)設(shè)備的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鋼管打包機(jī)設(shè)備體積大，且無(wú)法對(duì)廢舊鋼帶進(jìn)行利用，新型鋼管包打捆機(jī)械手將鋼管包打捆動(dòng)作與機(jī)器人技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使用廢鋼帶對(duì)鋼管包進(jìn)行打捆，不僅提高了打捆機(jī)械手的工作效率，且降低了生產(chǎn)成本[1]。

1 新型打捆機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)分析

新型打捆機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)系到后續(xù)的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是對(duì)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械手的有限元輕量化和美觀性有著重要影響。對(duì)機(jī)械手進(jìn)行完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，需要根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸和裝配方式對(duì)機(jī)械手進(jìn)行三維建模，應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件soildworks對(duì)機(jī)械手進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)。

1.1 現(xiàn)有鋼管打捆設(shè)備

我國(guó)鋼帶打捆設(shè)備的研制起步較晚，但經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，已研制出暫時(shí)適合國(guó)內(nèi)使用的打捆設(shè)備。如圖1、圖2所示為國(guó)內(nèi)目前使用較為廣泛的兩款打捆設(shè)備。

圖1為采用標(biāo)準(zhǔn)鋼帶包打捆的打捆設(shè)備，這款設(shè)備穩(wěn)定性好，而且標(biāo)準(zhǔn)成捆的鋼帶厚度較小、較易彎折，打捆過(guò)程中將標(biāo)準(zhǔn)成捆的鋼帶包首先放置在打捆設(shè)備上，然后再使用該設(shè)備進(jìn)行拉緊動(dòng)作。圖2為目前國(guó)內(nèi)使用較多的簡(jiǎn)易打捆設(shè)備，這款設(shè)備可以使用廢舊鋼帶進(jìn)行打捆，采用人工打包方式在鋼管槽中進(jìn)行打包，降低了生產(chǎn)成本，但是在打捆過(guò)程中的打捆動(dòng)作需要很大部分的人工參與，自動(dòng)化程度較低。

圖1 采用標(biāo)準(zhǔn)鋼帶的鋼管打捆機(jī)

圖2 廢帶打捆簡(jiǎn)易設(shè)備

針對(duì)以上兩種使用較多的打捆設(shè)備，存在明顯缺陷，圖1中設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)鋼帶進(jìn)行打捆，成本較高；圖2中設(shè)備雖然使用了廢鋼帶，但設(shè)備自動(dòng)化水平較低，又不利于生產(chǎn)效率的提高。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)存在的情況，本文設(shè)計(jì)的鋼帶打捆機(jī)械手從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，將廢舊鋼管進(jìn)行重新利用，裁剪成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度鋼帶，在打捆過(guò)程中使用廢鋼帶進(jìn)行打捆，并利用機(jī)器人技術(shù)完成打捆動(dòng)作，具備了較高的自動(dòng)化程度。

1.2 新型打捆機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，六角形鋼管包相比于其他形狀的鋼管包型，鋼管之間更加緊密、運(yùn)輸過(guò)程更加平穩(wěn)，新型的鋼管包打捆機(jī)械手主要針對(duì)六角形鋼管包進(jìn)行打捆。在對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)之前需要對(duì)鋼管包的尺寸進(jìn)行分析計(jì)算，鋼管包的周長(zhǎng)和高度會(huì)對(duì)鋼帶長(zhǎng)度和機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，由于在對(duì)鋼管包完成打捆后，所有鋼帶應(yīng)有30～70 mm的重疊部分來(lái)完成后續(xù)的焊接工作，本文主要針對(duì)常用外徑21.3～114 mm系列共9種型號(hào)的鋼管包進(jìn)行分析，各型號(hào)鋼管包的主要參數(shù)經(jīng)計(jì)算后如表1所示。

表1 六角鋼管包主要參數(shù)

針對(duì)鋼管包打捆任務(wù)的工作要求，新型打捆機(jī)械手需要具備以下兩個(gè)功能：對(duì)廢鋼帶的抓取動(dòng)作、帶動(dòng)鋼帶跟隨機(jī)械臂對(duì)鋼管包進(jìn)行打捆夾緊，與傳統(tǒng)的鋼管包打捆設(shè)備不同，新型打捆機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢鋼帶的重新利用。

新型打捆機(jī)械手機(jī)械臂和末端抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3、圖4所示，其中L1、L2、L3分別為機(jī)械手的基桿、中間桿和末端執(zhí)行桿，各桿件之間由轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接，由伺服電機(jī)(圖中未畫(huà)出)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制，實(shí)線L1、L2、L3表示機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的初始位置，粗點(diǎn)畫(huà)線L1′、L2′、L3′表示機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的末位置；鋼帶右端的A點(diǎn)為末端抓取機(jī)構(gòu)對(duì)鋼帶的抓取點(diǎn)，x0、y0分別為基座的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，H為鋼管包的高度，C為表1中鋼管包的周長(zhǎng)，S1、H1分別為基座在X、Y方向的結(jié)構(gòu)所需長(zhǎng)度，根據(jù)伺服電機(jī)尺寸大小，本文分別取220 mm、195 mm，S2為末位置時(shí)末端抓取機(jī)構(gòu)的抓取點(diǎn)與中心線的距離，這個(gè)距離既需要保證打捆機(jī)械手在運(yùn)行即將結(jié)束時(shí)不發(fā)生碰撞，也要給后續(xù)的焊接工作留有足夠的操作空間，這里取40 mm作為工作空間。

末端抓取機(jī)構(gòu)是新型打捆機(jī)械手對(duì)鋼帶進(jìn)行打捆動(dòng)作時(shí)的關(guān)鍵部位，末端抓取機(jī)構(gòu)主要是要完成對(duì)鋼帶的夾緊動(dòng)作。夾緊機(jī)構(gòu)為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，選擇氣缸驅(qū)動(dòng)的方式。當(dāng)氣缸活塞桿下移時(shí)，帶動(dòng)連接件1向下運(yùn)動(dòng)，在連桿4(5)和副桿2(3)的共同作用下，推動(dòng)連桿6(7)繞鉸鏈E(F)旋轉(zhuǎn),推力進(jìn)入夾緊鉗8(9)；隨后夾緊鉗8(9)繞著固定鉸鏈C(D)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)連接件1下移到一定的位置時(shí)，在整個(gè)增力機(jī)構(gòu)的作用下，完成對(duì)鋼帶AB的夾緊動(dòng)作。

圖3 新型鋼帶打捆機(jī)械手機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 壓緊狀態(tài)下末端抓取機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在初始位置時(shí)根據(jù)不同鋼管包型的鋼帶長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)三機(jī)械臂的位置使得兩側(cè)末端抓取機(jī)構(gòu)恰好處于鋼帶的首末兩端(即圖3中A點(diǎn))。打捆機(jī)械臂和末端抓取機(jī)構(gòu)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為“夾緊”、“打捆”、“復(fù)位”三個(gè)行程。首先，兩端抓取機(jī)構(gòu)在氣缸的作用下，通過(guò)自身增力機(jī)構(gòu)獲得夾緊鋼帶所需的夾緊力，將鋼帶牢牢夾緊，保證在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鋼帶不會(huì)脫離機(jī)械手；隨后，三個(gè)機(jī)械臂在各自關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的作用下，各自完成需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度，到達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的末位置，使得鋼帶兩端重疊在一起，進(jìn)而進(jìn)行焊接作業(yè)，完成“打捆”動(dòng)作。最后，在完成對(duì)鋼帶的焊接工作后，氣缸活塞桿收縮，帶動(dòng)末端抓取機(jī)構(gòu)松開(kāi)鋼帶，機(jī)械手完成“復(fù)位”。至此，打捆機(jī)械手進(jìn)行了三個(gè)工作行程，完成了對(duì)鋼管包的打捆[2]。

在打捆機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于最大包型與最小包型之間的鋼帶長(zhǎng)度與鋼管包高度之間的差距較大，所以為安全起見(jiàn)按照最大包型設(shè)計(jì)的設(shè)備尺寸在打捆較小包型時(shí)，會(huì)顯得桿件過(guò)長(zhǎng)，整體尺寸過(guò)大，不利于現(xiàn)場(chǎng)工作空間的合理利用，因此針對(duì)這9種包型設(shè)計(jì)出兩套打捆機(jī)械手來(lái)完成作業(yè)任務(wù)，兩套設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)見(jiàn)表2，打捆完成后效果圖如圖5所示。在soildworks中按照各桿件的尺寸以及相對(duì)位置完成裝配，如圖6所示為打捆機(jī)械手的示意圖[3-6]。

表2 兩種型號(hào)的打捆機(jī)械手各桿件的長(zhǎng)度

圖5 打捆完成示意圖

圖6 新型打捆機(jī)械手示意圖

2 基于ADAMS的新型打捆機(jī)械手建模及仿真分析

ADAMS是目前國(guó)內(nèi)使用較為廣泛的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件，可以對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行仿真運(yùn)行、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理等操作，但ADAMS也存在著建模功能差等缺點(diǎn)，所以本文采用soildworks與ADAMS聯(lián)合建模的方法對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行建模，并使用ADAMS中自帶的離散型柔性體建模方法對(duì)打捆用鋼帶進(jìn)行建模，最后在ADAMS中進(jìn)行仿真分析[7]。

對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行仿真分析，首先可以驗(yàn)證根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程編制的驅(qū)動(dòng)函數(shù)是否合理，即各關(guān)節(jié)能否協(xié)調(diào)整個(gè)機(jī)械手完成打捆動(dòng)作。其次，由仿真后得出的速度和加速度圖像可以預(yù)測(cè)出實(shí)際運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況，為驅(qū)動(dòng)函數(shù)的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)參考。最后，由仿真得出的各關(guān)節(jié)力矩值，可以為后續(xù)對(duì)初步設(shè)計(jì)后的關(guān)節(jié)電機(jī)和減速器進(jìn)行重新選型提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)。

2.1 新型打捆機(jī)械手模型的建立

Adams中的模型在仿真過(guò)程中有時(shí)需要發(fā)生變形才能完成任務(wù)動(dòng)作，構(gòu)件的變形需要建立柔性體構(gòu)件來(lái)完成。ADAMS中有兩種柔性體建模方法：一是離散型柔性體建模法，這種方法是將一段剛性構(gòu)件分割成有數(shù)段的剛體，小剛體中間用柔性力來(lái)連接，由此來(lái)模擬柔性體的變形，適用于大變形的簡(jiǎn)單構(gòu)件；二是使用ADAMS/Flex建立柔性體，適用于較復(fù)雜的構(gòu)件。由于打捆機(jī)械手使用的鋼帶需要發(fā)生較大變形才能將鋼管包捆住，且鋼帶外形簡(jiǎn)單，因此在建立廢鋼帶柔性體模型時(shí)選擇離散型柔性體建模法進(jìn)行建模[8]。

對(duì)于φ21.3～φ114 mm系列共9種型號(hào)的鋼管，考慮到新型打捆機(jī)械手可以完成對(duì)最大周長(zhǎng)的鋼管包進(jìn)行打捆時(shí)，就可以完成所有型號(hào)鋼管包的打捆，兩套設(shè)備需打捆的最大包型分別為φ88.9 mm和φ42.4 mm型鋼管包，考慮到φ42.4 mm型鋼管包與φ88.9 mm型鋼管包建模及仿真方式完全相同，因此本文只對(duì)φ88.9 mm型鋼管包進(jìn)行建模，φ42.4 mm型鋼管包的仿真只給出仿真結(jié)果。在對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行建模之前，首先應(yīng)完成鋼管包模型的建立。

在打捆機(jī)械手仿真運(yùn)行時(shí)由于鋼帶和鋼管要發(fā)生接觸，最終鋼帶將鋼管貼緊完成打捆動(dòng)作，因此應(yīng)在鋼帶和鋼管之間添加接觸力，否則鋼帶和鋼管之間會(huì)發(fā)生干涉，無(wú)法完成整個(gè)動(dòng)作仿真。鋼帶與鋼管包之間只要完成與六個(gè)邊角鋼管的接觸就可以保證貼緊六個(gè)邊的所有鋼管，因此根據(jù)鋼管包的邊長(zhǎng)計(jì)算出與六個(gè)邊角鋼管相接觸的鋼帶段即可[9]，如圖7所示。

圖7 邊角鋼管示意圖

在soildworks中完成了對(duì)新型打捆機(jī)械手的三維建模后，將三維模型導(dǎo)入ADAMS中，并完成對(duì)主要零部件材料的定義。在ADAMS中用轉(zhuǎn)動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的形式來(lái)代替伺服電機(jī)模擬打捆機(jī)械手的運(yùn)行。由離散法建立的鋼帶模型兩端需要與兩側(cè)的末端抓取機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)，完成最終的打捆動(dòng)作，這里將兩端抓取機(jī)構(gòu)和兩端鋼帶段之間建立固定關(guān)系，以模擬實(shí)際運(yùn)行中夾持的動(dòng)作[10、11]。最終仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 新型打捆設(shè)備三維仿真模型

2.2 基于ADAMS的新型打捆機(jī)械手仿真分析

ADAMS是專(zhuān)門(mén)用于機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)值分析和求解功能，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的深入分析，其結(jié)果可以用動(dòng)畫(huà)和圖表等形式展現(xiàn)出來(lái)，方便更加直觀的讀取所需數(shù)據(jù)。

2.2.1 基于D-H法的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)計(jì)

在參考文獻(xiàn)[2]中對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了基于D-H法的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解計(jì)算，得到了在MATLAB中計(jì)算出的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，針對(duì)于φ88.9 mm型鋼管包模型，三個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)過(guò)的角度分別125.22°，-55.71°，-110.49°,利用STEP函數(shù)結(jié)合D-H法求出的關(guān)節(jié)角度編寫(xiě)出六個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角函數(shù)。

(1)

根據(jù)式(1)中的六個(gè)STEP函數(shù)，在Adams中完成關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的設(shè)計(jì)。

2.2.2 打捆機(jī)械手仿真結(jié)果的處理

在ADAMS/PostProcessor后處理模塊中對(duì)機(jī)構(gòu)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，將機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)行后的參數(shù)輸出為曲線圖表的形式，通過(guò)這些曲線圖可以直觀地觀察到各個(gè)仿真參數(shù)與運(yùn)行時(shí)間之間的關(guān)系。因?yàn)樽笥覂蓚?cè)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)相同，因此本文只研究右側(cè)三機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)行結(jié)果。

(1)關(guān)節(jié)角速度-時(shí)間圖像。關(guān)節(jié)角速度是在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)非常重要的參數(shù)，因此在對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行仿真分析后需要對(duì)各關(guān)節(jié)的角速度進(jìn)行深入分析。在后處理模塊得到各關(guān)節(jié)z方向旋轉(zhuǎn)角速度-時(shí)間圖像如9所示。

圖9 三連桿關(guān)節(jié)角速度曲線圖

由圖9中可得三個(gè)關(guān)節(jié)的角速度曲線運(yùn)行的比較平穩(wěn)，打捆過(guò)程中機(jī)械臂運(yùn)行軌跡合理，未觸碰到鋼管，運(yùn)行中三機(jī)械臂相互之間也未發(fā)生干涉，且最終完成了對(duì)鋼管包的打捆，因此由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式所求得的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合實(shí)際的任務(wù)要求。三個(gè)關(guān)節(jié)角速度都在2.5 s時(shí)達(dá)到最大值，在數(shù)值上最大值分別為37.64 (°)/s、17.01 (°)/s、33.38 (°)/s，平均速度分別為24.97 (°)/s、11.28 (°)/s、22.14 (°)/s，為后續(xù)對(duì)桿長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化提供了所需數(shù)據(jù)。

(2)關(guān)節(jié)角加速度-時(shí)間圖像。關(guān)節(jié)角加速度是在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)不可或缺的重要參數(shù)，可以直觀地反映各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特性，角加速度曲線的變化也可以體現(xiàn)出機(jī)構(gòu)的振動(dòng)情況，對(duì)于機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)行情況有著重要意義。各關(guān)節(jié)的角加速度圖像如圖10所示。

圖10 末端執(zhí)行桿關(guān)節(jié)角加速度

對(duì)各關(guān)節(jié)角加速度圖像進(jìn)行分析可以得到，角加速度整體變化較為穩(wěn)定，雖然初始階段都有一定的突變，但在此前已經(jīng)完成對(duì)于鋼帶的抓取，并不影響整個(gè)機(jī)械手的打捆任務(wù)，且運(yùn)行曲線末端并沒(méi)有波動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)整個(gè)機(jī)械手各關(guān)節(jié)的速度與加速度的分析可知，由D-H法編制的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)函數(shù)比較適合整個(gè)機(jī)械手的打捆任務(wù)，而且運(yùn)行過(guò)程也沒(méi)有較大的振動(dòng)，符合預(yù)期目標(biāo)[11]。

2.2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的驗(yàn)證

參考文獻(xiàn)[2]中的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析對(duì)打捆機(jī)械手末端位移與各個(gè)關(guān)節(jié)變量之間的關(guān)系進(jìn)行了理論驗(yàn)證，進(jìn)而可以根據(jù)ADAMS的仿真和后處理功能，進(jìn)一步對(duì)打捆機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的理論推導(dǎo)過(guò)程，末端抓取機(jī)構(gòu)z方向的位移始終為零，因此只要已知各關(guān)節(jié)任意時(shí)刻的θ′角就可以求出末端抓取機(jī)構(gòu)的位姿px、py。在Adams中添加各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角和末端抓取機(jī)構(gòu)的橫縱坐標(biāo)變化到同一張曲線圖，如圖11所示。

圖11 各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角與機(jī)械手末端位移曲線圖

如圖11中所示，橫軸表示時(shí)間，左縱坐標(biāo)為關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，右縱坐標(biāo)為末端抓取機(jī)構(gòu)的位移，從圖中既可以讀出各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度也可以讀出末端抓取機(jī)構(gòu)的位姿。這樣就可以利用圖11的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正確性，即在仿真的任一時(shí)刻，都可以利用各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角求出末端位姿，也可以利用末端位姿求出各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角。例如在2 s時(shí)，φ1=-44.16°，φ2=19.96°，φ3=39.16°，px=685.93 mm，py=338.43 mm，可得θ1′=3.6°，θ2′=81.03°，θ3′=75.95°，進(jìn)而求得px=683.27 mm，py=337.15 mm，仿真值與理論值誤差在允許范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)圖11的分析可知，D-H法建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式是正確的，符合實(shí)際情況[2、12]。

2.2.4 打捆機(jī)械手關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩分析

對(duì)打捆機(jī)械手進(jìn)行仿真運(yùn)行后可以在Adams/PostProcessor中讀出各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的變化。圖12是在忽略關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)副間摩擦力的前提下，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力隨時(shí)間的變化曲線，通過(guò)對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力的分析，可以為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的選型提供可靠依據(jù)。

圖12 三關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩曲線圖

圖12中橫軸表示時(shí)間，縱軸表示各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩值，圖12中各關(guān)節(jié)在初始階段都有一定的波動(dòng)現(xiàn)象，是設(shè)備受到的慣性力引起的沖擊。由參考文獻(xiàn)[2]中的分析可知，新型打捆機(jī)械手驅(qū)動(dòng)部件是根據(jù)靜力學(xué)分析進(jìn)行初步選型的，選型時(shí)的參數(shù)多數(shù)是經(jīng)估算得到的，會(huì)造成一定的誤差，因此應(yīng)根據(jù)仿真時(shí)的具體數(shù)值選出更為適合打捆設(shè)備的驅(qū)動(dòng)部件，由圖中可以讀出各關(guān)節(jié)的最大力矩值。將兩套設(shè)備打捆各自最大包型時(shí)的各關(guān)節(jié)最大力矩值匯總到表3中，為后續(xù)驅(qū)動(dòng)部件的進(jìn)一步選型提供了精確的數(shù)據(jù)參考。

表3 各關(guān)節(jié)最大力矩值

3 結(jié)論

本文以外徑φ88.9 mm的六角鋼管包作為主要研究對(duì)象，針對(duì)設(shè)計(jì)出的打捆機(jī)械手簡(jiǎn)圖，使用Soildworks和Adams聯(lián)合建模，通過(guò)新型鋼管打捆機(jī)械手的三維實(shí)體模型，在Adams軟件中利用建立的運(yùn)動(dòng)函數(shù)對(duì)模型進(jìn)行了仿真分析，仿真過(guò)程中各桿件運(yùn)行平穩(wěn)，且相互之間無(wú)干涉，通過(guò)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的作用最終完成對(duì)鋼管包的打捆。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的合理性，根據(jù)仿真結(jié)果的各關(guān)節(jié)力矩變化，為各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件的選型提供了參考數(shù)據(jù)。