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[讨论] SolidWorks 机械手仿真设计

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发表于 2017-9-18 19:07:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
主体结构设计方案

该机械手的工作空间很窄,仅为700 mm,所以要求机械手结构要紧凑,外形尺寸要小,但不要小到影响机械手的抓取能力。根据该机械手的工作环境及各坐标形式的优缺点,因此考虑采用折叠式关节型的设计方案。

其中2 处和3 处的铰接,1 处和2 处铰接小臂须有2 个自由度。

驱动方式的选择

该机器人一共有4 个独立的转动关节,连同末端机械手的运动,总计需要5 个动力源。常用的驱动方式为气压驱动、电机驱动和液压驱动3 种类型。基于这3 种驱动方式的优、缺点和机器人驱动系统的设计要求,选用直流伺服电机驱动的方式对机器人进行驱动。


自由度的分配

人的手臂有肩、肘、腕3 个关节,共6 个自由度。机械手的设计以模仿人的手臂为基础,再根据实际情况,由于运载小车和爬臂机器人均可在自身所在的区域内移动和转动,所以大臂和腕部各有一摆动自由度,而小臂有2 个自由度,即摆动和有限的转动,且小臂可转回到大臂的空隙,工作时可展开。最后一个自由度就是手腕的摆动。


手部设计

因为被握持工件的形状、大小、材料性能、重量和表面情况等的不同,从而机械手的手部结构也多种多样, 手部结构是根据特定的工件要求而定的。常用的手部分为吸附和夹持两大类。根据设计要求,采用夹持式的手部结构,它对抓取各种形状的工件具有较强的适应性。

该设计手爪的动力由电机提供,通过将丝杠与电机相连, 利用手爪的特有结构来实现手爪的开合。本文设计出2 种机械手手爪。


腕部设计

腕部的作用是在臂部动作的基础上进行调整或改变手部的方位, 从而扩大机械手的运动范围,使得机械手变得更加灵巧,适应性更强。腕部具有独立的自由度,要求有绕中轴的摆动运动。机械手的工作条件是用于检查核储罐焊缝,在腐蚀性的场合中工作,所以对机械手的腕部材料选用耐腐蚀不锈钢316L。


臂部设计

臂部的作用是把手部送到空间运动范围内任意位置。若改变手部姿态,可用腕部的自由度加以实现。因此,臂部必须具备3 个自由度才能满足基本要求,即手臂伸缩、左右回转和升降运动。

臂部的结构设计必须根据机器人的运动形式、抓取质量、动作自由度、运动精度等因素来确定。同时设计时必须考虑到手臂的受力情况,油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。臂部运动速度越高,惯性力引起的定位前的冲击也就越大,运动既不平稳,定位精度也不高。因此,在臂部设计时除了要求结构紧凑、重量轻外,同时采用一定形式的缓冲措施。

自由度的分配在总体方案中已经介绍过,本文有4 个自由度,其中大、小臂的摆动,小臂的转动,都是通过电机驱动来实现。 大、小臂的摆动靠摆动油缸来实现,而小臂部分利用电机轴带动与其配合的板转动来实现其转动。

小臂的结构主要由2 块板、细轴组合而成,利用SolidWorks 建模后,其三维模型其三维模型如图5 所示。


                               
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机械手的建模

本机械手的夹持对象是矩形焊缝检测仪,所以设计的机械手手爪应适合夹持矩形且夹持可靠。应用SolidWorks 软件对机械手的所有的零件建完模型后, 再在SolidWorks 的装配环境下进行装配,最终完成机械手的完整模型的装配, 建模结果如图6所示。



                               
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机械手的运动仿真

运动仿真是生产制造前的一种检查过程和方法,为了达到高效和有力地生产,所以运动仿真是设计制造前的重要操作环节。对产品进行运动仿真,能够生动形象地进行产品的运动模拟,使产品的工作原理清楚地表达出来。

机械手的仿真过程,这里不再赘述。仿真后机械手实现预期的结果,机械手运动起来,达到了仿真的目的,如图7 所示。



                               
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发表于 2017-9-29 08:36:01 | 显示全部楼层
谢谢楼主的分享,楼主辛苦啦
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发表于 2018-1-13 13:31:26 | 显示全部楼层
今天是2018-01-13,过来看看小丸子机械设计的帖子,涨涨见识!
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发表于 7 天前 | 显示全部楼层
双赢智慧使者祝我的机械网越办越好!
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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
喝过最烈的酒00谢谢小丸子机械设计提供的资料。
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