上下料工业机器人结构设计及仿真研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

通用工业机器人-般有6个自由度，从而使末端操作器可以在空间得到任意的位置和姿态，然而在大多数情况下，对于-特定的工作，人们往往并不需要末端操作器实现任意和姿态，这时就需要设计专用机器人 ，以减小工业机器人的自由度，从而降低机器人的成本和使机器人的控制变得更为简单和容易。在机器人的研究中，对通用工业机器人的研究很多，且大都专注于机器人控制，而对于专用机器人的结构研究则较少，系统介绍了专用机器人结构设计过程，并设计了-种结构简单、价格低廉的工业机器人，并用仿真的方法验证了设计的可行性。

2机器人工作要求某气液增压缸生产企业利用加工中心加工气液增压缸端盖等零件，为节省人力，希望用机械手代替人工的上下料，机器人从毛坯存放处抓起毛坯，放于加工中心工作台，加工中心上的自动夹具夹紧，开始加工，加工完毕后，机器人从工作台上取出零件，并放于零件存放处，如图 1所示。

3机器人机构的型综合3.1机器人手腕型式的确定机器人的手腕可保证机器人末端操作器能以正确的姿态抓取工件，分析机器人工作要求可以得知，毛坯在搬运过程中姿态并无特殊要求，故其手腕可不需要活动关节，考虑到工件有时为非对称结构，为便于夹紧，可在手腕上设计-个使工件绕其轴线旋转的关节。故手腕的旋转数 0，Wy0， l。

图 1机器人工作现惩工作空间Fig.1 Robot Workshop and Work Area32机器人手臂关节配置机器人手臂保证机器人末端操作器到达正确的位置，不同来稿日期：2012-05-26基金项目：韶关市科技计划项目(韶科(管)[201008])；韶关学院科研项目(韶学院[2010 3207)作者简介：黄晨华，(1972-)，男，副教授，博士，从事工业机器人设计理论与工程应用，机器视觉等方面的研究第3期 黄晨华等：上下料工业机器人结构设计及仿真研究 163的关节配置都可能使手腕到达相同的位置，但对末端操作器的姿态有不同的影响，由于对手腕的姿态没有要求，故采用文献1中的4号关节配置方式，其A ：0，A ：l，A产1，此方式为目前较为主流的-种配置式。由于对工件在上下料的过程中的转动没有要求，故工件所需要的旋转数毋-1，曰 -1，Bz-1。

3.3机器人手腕旋转能力校核要使机器人的手腕旋转满足被夹工件的姿态要求，则应满足下式：2W ≥B A2W >-B A， (1)2W B 卅；显然，设计满足要求。因此，机器人的机构形式，如图2所示。此机器人的自由度为4。

4机器人机构的尺寸综合由机器人的机构形式，建立各关节坐标 ，如图 2所示。从而得到关节的变换矩阵如下 ：A1A 3图2机器人结构及关节坐标Fig.2 Robot Structure and Joints CoordinatescOl 0 s IsOl 0-cO1O 1 00 0 0cO3 0 sO3sO3 0 -cOa0 1 00 0 0；A 2a3cO3a3sO301cO2 -sO2sO2 cOz0 00 0；A 0 a2cO20 Ⅱ2s1 00 1c -s 0 0sO4 cO4 0 00 0 1以0 0 0 l由机器人的工作空间，如图1所示∩以确定机器人各关节的转动范围：0l∈[0。，180。]； 2 E[-750。，90。]；03∈[-75。，75。]；04∈[-180。，180。J机器人的 DH参数值，如表 1所示。

表 1机器 DH参数Tab.1 Robot DH Parameters5仿真验证用Peter I.corke嘟f发的机器人工具箱对所设计的机器人进行仿真，以验证机器人参数的正确性和可以达到所要求的工作区域。

5.1结构仿真利用工具箱的 Link函数 、Robot函数，构造出了机器人的结构示意图，验证了机器人参数 DH的正确性，如图 3所示。

76o图 3机器人结构仿真 Fig.3 Robot Structure Simulation5I2轨迹规划仿真利用工具箱的Transl函数、Ctracj函数、Jtracj函数，在只是关节 1转动，其余关节不动的情况下，机器人进行了轨迹规划的仿真，如图4所示。

-l I-- 坐标变化情况Il： 耋 嚣I， l./ ； 、 。 / --- i l 。

6关节 l角度变化值(弧度)图4机器人轨迹仿真Fig.4 Robot Trajectory Simulation5.3关键位置仿真利用 Drivebot函数，对机器人抓取工件毛坯、芭工件毛坯及放置加工好的零件动件进行了仿真 ，抓取工件毛坯时机器人位置仿真，如图5所示。芭工件毛坯及放置加工好零件仿真图由于篇幅所限略之。

(a)机器人驱动仿真界面机 械设 计 与制造No.3Mar.20t3i(b)仿真结果图5机器人抓取工件毛坯仿真Fig.5 Robot Grasp W ork Piece Blank Simulation上述的仿真证明了机器人设计结果的可行性。

6结论根据工作现场的实际要求，设计了-个既能满足工作要求，又有-定灵活性，且结构又不复杂的工业机器人。用仿真的方式验证了机器人的结构参数的正确性，轨迹规划的可行性，及机器人满足工作要求的可能性。方法具有普遍性，其它工作情况下的工业机器人也可采用I比设计方法和仿真手段。