陳菡菡

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351254）

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。總體結(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。

圖1 碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)

圖2 臂部構(gòu)件的應(yīng)力分布圖

圖3 臂部構(gòu)件的位移分布圖

4 碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析

圖4 碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)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)痢ⅵ乱约唉?、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。