碼垛機(jī)器人臂部及整體運(yùn)動(dòng)分析

陳菡菡

【摘 要】碼垛機(jī)器人在解決勞動(dòng)力不足、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境等方面具有重要意義。論文闡述了碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成，利用Solidworks有限元分析軟件Simulation對(duì)機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)靜力學(xué)分析；進(jìn)行碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(guān)鍵詞】碼垛機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)分析；臂部

【Keywords】 robot palletizer； motion analysis； arm

【中圖分類號(hào)】TP242 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）08-0152-02

1 引言

機(jī)器人碼垛機(jī)是現(xiàn)在流水線生產(chǎn)中必不可少的包裝機(jī)械之一，他的主要功能就是將產(chǎn)品能夠更好地進(jìn)行碼垛，保證產(chǎn)品的正常包裝和搬運(yùn)，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(duì)碼垛機(jī)器人臂部進(jìn)行有限元分析，并對(duì)碼垛機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。

2 碼垛機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)

該碼垛機(jī)器人為四自由度機(jī)器人，整個(gè)設(shè)備由機(jī)械結(jié)構(gòu)包括底部基座、腰部、臂部和腕部?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 臂部的有限元分析與優(yōu)化

Simulation有限元分析軟件是Solidworks軟件中的一個(gè)無縫插件，可以提供靜力分析、熱傳導(dǎo)、扭曲、頻率等多方面分析。利用Simulation對(duì)臂部裝配體進(jìn)行靜力分析，得出臂部構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度的分析結(jié)果。首先建立前大臂、后大臂、小臂和大臂連桿的數(shù)學(xué)模型，設(shè)置零件材料，將零件連接設(shè)置為銷釘接頭，以最高點(diǎn)為危險(xiǎn)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(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)行分析得出應(yīng)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(yīng)力最大處。

通過simulation的有限元分析，可以在滿足構(gòu)件強(qiáng)度和剛度使用要求的前提下，使構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸合理化，以減輕重量，減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，節(jié)省材料，降低了制造成本。

4 碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析

碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析需要根據(jù)解析幾何法建立坐標(biāo)系3，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，計(jì)算出其末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)與各參變量的關(guān)系，繪制出碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖。（圖4）

（9）式即碼垛機(jī)器人G點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程。通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)副和垂直運(yùn)動(dòng)副，通過改變?chǔ)?、β以及?、θ2可以使得碼垛機(jī)器人準(zhǔn)確定位。

5 結(jié)論

本文通過Solidworks有限元分析軟件對(duì)碼垛機(jī)器人的臂部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和計(jì)算獲得機(jī)器人的位姿變換關(guān)系式，從樣機(jī)結(jié)果表明，該碼垛機(jī)器人臂部結(jié)構(gòu)緊湊，并可實(shí)現(xiàn)位置精確控制。

【參考文獻(xiàn)】

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