1、四自由度液壓驅(qū)動機(jī)械手的運(yùn)動仿真及優(yōu)化研究摘要:通過運(yùn)用catia及ansys分別進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真和有限元分析，本文對四自由度機(jī)械手的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。通過d-h坐標(biāo)系及其次坐標(biāo)變換矩陣對機(jī)械手的運(yùn)動姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)算并得出機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)方程。運(yùn)用catia對主要零件進(jìn)行建模并進(jìn)行運(yùn)動學(xué)干涉檢查和軌跡仿真。根據(jù)運(yùn)動仿真的結(jié)果，各零件間的干涉可被提前消除。為了達(dá)到較好的力學(xué)性能，本文應(yīng)用ansys對零件實(shí)體模型進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析及零件的尺寸優(yōu)化。經(jīng)過仔細(xì)的研究和有目標(biāo)的優(yōu)化，結(jié)果顯示機(jī)械手運(yùn)動軌跡和穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期要求。在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用catia及ansys分析軟件可以加快設(shè)計(jì)速度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。關(guān)鍵詞

2、:四自由度機(jī)械手液壓驅(qū)動優(yōu)化有限元分析中圖分類號：tp241.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：tp文章編號：1009-914X（2013）01-0281-011. 前言1.1機(jī)械手的發(fā)展及應(yīng)用機(jī)械手起源于美國，它的發(fā)展歷史并不長。ingeborg公司在1954年制造的第一臺機(jī)械手臂樣機(jī)是機(jī)械手起源的標(biāo)志。在德國，機(jī)械手主要用于機(jī)械制造行業(yè)，比如搬運(yùn)、焊接及卸貨。在中國機(jī)械手的發(fā)展起源于1970年。第一代機(jī)械手結(jié)果簡單，大多采用開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，第二代機(jī)械手隨之出現(xiàn)。第二代機(jī)械手運(yùn)用了閉環(huán)的電腦控制系統(tǒng)和各種增強(qiáng)機(jī)械手感知能力的傳感器。1.2本研究的內(nèi)容及意義機(jī)器手應(yīng)不僅能夠在搬運(yùn)和焊接時(shí)適應(yīng)

3、復(fù)雜和有害的環(huán)境，也應(yīng)能有較高的生產(chǎn)效率和焊接、噴涂質(zhì)量。根據(jù)以上目標(biāo)，本研究有三個(gè)主要研究方面：第一，應(yīng)用d-h坐標(biāo)系描述機(jī)械手的運(yùn)動并得到各手臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)。應(yīng)用齊次坐標(biāo)變化矩陣得到手臂的運(yùn)動學(xué)方程和動力學(xué)方程。第二，本研究應(yīng)用catia對機(jī)械手的各個(gè)主要部件進(jìn)行了實(shí)體建模分析，并將模型進(jìn)行組裝以判斷是否達(dá)到預(yù)期的使用目標(biāo)。catia軟件具有檢查各個(gè)運(yùn)動部件之間干涉的功能。第三，通過有ansys限元分析對機(jī)械手的主要零件進(jìn)行了優(yōu)化分析、參數(shù)化設(shè)計(jì)。針對分析結(jié)果選擇合適的驅(qū)動方法和手臂結(jié)構(gòu)。2. 機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)分析機(jī)械手由很多連桿及運(yùn)動副組成。在機(jī)械手中，關(guān)節(jié)是連接相鄰兩個(gè)連桿的部件。旋轉(zhuǎn)關(guān)

4、節(jié)的軸線是旋轉(zhuǎn)軸的中心線。移動關(guān)節(jié)的軸線是運(yùn)動方向的中心線。連桿主要參數(shù)定義如下：連桿長度（）、旋轉(zhuǎn)角（）、連桿偏置量（）、關(guān)節(jié)角（）。假設(shè)坐標(biāo)固定于上。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角和連桿偏置量是變量。坐標(biāo)基準(zhǔn)固定于地面上。在這種假設(shè)前提下，連桿坐標(biāo)系可被建立。齊次坐標(biāo)變換矩陣用來描述剛體的運(yùn)動變換。它可以表示成平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣的乘積。3. 機(jī)械手的實(shí)體建模和運(yùn)動學(xué)仿真根據(jù)要求和尺寸，通過catia建立機(jī)械手臂的3d實(shí)體模型。在catiadmu工作臺下完成各個(gè)零件部分的組裝工作并進(jìn)行運(yùn)動仿真來檢查各運(yùn)動件間的干涉。在諸多領(lǐng)域中，catia已經(jīng)成為了最主要的3d設(shè)計(jì)和運(yùn)動仿真工具。catia有著便于建模的先進(jìn)的混合建模技術(shù)和智能樹結(jié)構(gòu)。基座是整個(gè)機(jī)械手的固定以及支持部件。就像房屋的地基，它的性能影響了整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動穩(wěn)定性。底座有用于固定的四個(gè)螺紋孔和用于安裝液壓缸的凹槽。大臂和前臂同人的手臂有著相似的用于導(dǎo)向和確定運(yùn)動范圍的功能。根據(jù)以上功能分析，在catia中建立各零件實(shí)體模型，為下一步的運(yùn)動分析做準(zhǔn)備。4. 機(jī)械手臂的優(yōu)化目前機(jī)械手的設(shè)計(jì)主要集中在完成基本功能和主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。為了使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，很有必要對機(jī)械手