基于ADAMS的空中滑臺(tái)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)特性分析

孫中剛 郭濤

摘 要 文章主要闡述的內(nèi)容包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人空中滑臺(tái)系統(tǒng)，配合多臺(tái)加工中心構(gòu)成一序多機(jī)加工單元?；诙囿w動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS建立機(jī)器人空中滑臺(tái)系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型[1]，驗(yàn)證伺服電機(jī)和減速器選型合理?；谔摂M樣機(jī)模型對(duì)機(jī)器人空中滑臺(tái)系統(tǒng)在不同工況下進(jìn)行仿真分析，得出在最大加速度及機(jī)器人臂展最長(zhǎng)工況下的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合力曲線。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人;空中滑臺(tái);ADAMS;虛擬樣機(jī);動(dòng)力學(xué)

引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋在鑄造完成后要進(jìn)行多工序機(jī)械加工，國(guó)內(nèi)大部分車廠都已實(shí)現(xiàn)配合加工中心自動(dòng)上下料集成。傳統(tǒng)形式有直角坐標(biāo)機(jī)器人、坐地標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人和地面滑臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人形式。綜合上述三種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人空中滑臺(tái)系統(tǒng)，配合多臺(tái)加工中心構(gòu)成一序多機(jī)加工單元，機(jī)器人從加工中心頂門進(jìn)行上下料，如其中一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障，可單獨(dú)切出生產(chǎn)，封閉頂門，從側(cè)門進(jìn)行維修，生產(chǎn)線不會(huì)停機(jī)，保證最大生產(chǎn)效率。

1標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人空中滑臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滑臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)：滑臺(tái)最大負(fù)載W≥3300KG;最高速度=2.5M/S;最大加速度=1M/S?;加減速時(shí)間T=0.5S;重復(fù)單位精度：±0.5mm;共振頻率≥10Hz;最大撓度≤0.7mm/10M。

1-六軸機(jī)器人 2-空中滑臺(tái) 3-加工中心 4-地面輸送輥道

5-空中維修通道

滑臺(tái)通過(guò)伺服電機(jī)-直線導(dǎo)軌-齒輪齒條傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)，齒輪齒數(shù)Z=40，模數(shù)m=4，分度圓直徑d=40×4=160mm，減速機(jī)減速比I=11[2]，力學(xué)參數(shù)計(jì)算如下：

加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力：

勻速時(shí)驅(qū)動(dòng)力：

減速時(shí)驅(qū)動(dòng)力：

負(fù)載扭矩：

電機(jī)功率：

其中為直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，G為重力加速度，為齒輪齒條傳動(dòng)效率，n為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2基于ADAMS的空中滑臺(tái)系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型建立及動(dòng)力學(xué)分析

伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=1500r/min，折算到ADAMS中以度/秒為單位的輸入轉(zhuǎn)速為，加減速時(shí)間為0.5S，仿真總時(shí)長(zhǎng)為2.5S，則ADAMS中伺服電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速函數(shù)為：

step（time，0，0d，0.5，-9000d）+step（time，0.5，0d，2，0d）+step（time，2，0d，2.5，9000d）

通過(guò)ADAMS虛擬樣機(jī)仿真分析，得出機(jī)器人在最大臂展姿態(tài)下齒輪齒條X向接觸力曲線最大值為15111.5108N，Y向接觸力曲線最大值為16298.1694N，Z向接觸力曲線最大值為2458.3463N。最大力都出現(xiàn)在啟動(dòng)和停止階段，勻速運(yùn)行階段曲線平穩(wěn)，傳動(dòng)鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線最大值125.9457，最小值1.8951，在啟動(dòng)和停止階段，電機(jī)輸出較大扭矩，勻速運(yùn)動(dòng)階段，電機(jī)扭矩曲線平穩(wěn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）設(shè)計(jì)空中滑臺(tái)機(jī)器人一序多機(jī)加工單元，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人最大化利用，單機(jī)設(shè)備出現(xiàn)故障維護(hù)不停機(jī)。

（2）基于多體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS建立空中滑臺(tái)系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行分析，得出齒輪齒條接觸力參數(shù)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線。

參考文獻(xiàn)

[1] 李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2008：101.

[2] 石博強(qiáng)，申焱華，寧曉斌，等.ADAMS基礎(chǔ)與工程范例教程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007：168.