【摘要】：目前用于上下料作業(yè)的串聯(lián)機械手常用多六自由度關(guān)節(jié)臂機械手,其具有運動靈活、作業(yè)半徑大的優(yōu)點,但也存在需要多個電機協(xié)同控制、控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高等缺點�，F(xiàn)有的上下料作業(yè)經(jīng)常只需利用二自由度、或三自由度運動實現(xiàn),六自由度關(guān)節(jié)臂機械手并不適用于該類作業(yè)。本文根據(jù)上下料作業(yè)所需運動特點,設(shè)計了用于上下料作業(yè)的欠驅(qū)動機械臂。本文首先分析了所設(shè)計的上下料欠驅(qū)動機械臂的技術(shù)指標和工作原理,并推導(dǎo)出其中關(guān)鍵部件連桿機構(gòu)的運動數(shù)學(xué)模型,用于確定編碼器與制動器的安裝位置,并找出末端手爪的中心位置、兩種運動模式下的機械臂的運動范圍與各個關(guān)節(jié)的長度以及轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。同時建立關(guān)鍵部件連桿機構(gòu)的虛擬樣機模型,利用ADAMS軟件進行仿真實驗,驗證欠驅(qū)動機械臂的工作原理,應(yīng)用實驗結(jié)果指導(dǎo)連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。同時比較仿真試驗測量結(jié)果與連桿機構(gòu)的理論模型計算結(jié)果,找出兩者之間的差異,并分析其產(chǎn)生原因。本文根據(jù)上下料欠驅(qū)動機械臂的技術(shù)指標與理論分析與仿真試驗結(jié)果,利用工程軟件Solidworks設(shè)計其組成部分結(jié)構(gòu)與選材,設(shè)計了虛擬樣機。欠驅(qū)動機械臂采用帶有滾輪的支撐機構(gòu)作為底座,通過步進電機驅(qū)動連桿機構(gòu)運轉(zhuǎn),控制末端夾持器的運動。機械臂能夠到達的位置通過角位移傳感器實時測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度,由電磁制動器鎖定與松開機架,實現(xiàn)連桿機構(gòu)兩種運動方式。本文使用ANSYS分析軟件對機械臂各關(guān)鍵部件進行力學(xué)分析,分析結(jié)果表明各關(guān)鍵部件的設(shè)計是合理的。另外本文在ANSYS workbench中進行了欠驅(qū)動機械臂連桿機構(gòu)模態(tài)分析,驗證機械臂運動中是否出現(xiàn)共振現(xiàn)象。從模態(tài)分析結(jié)果中得到了連桿機構(gòu)的各階共振頻率分別為80Hz和100Hz,30轉(zhuǎn)/分的電機驅(qū)動不會使欠驅(qū)動機械臂的運動出現(xiàn)共振,不會影響機械臂的定位精度。
[Abstract]:At present, the series manipulator is used for loading and unloading, which has the advantages of flexible motion and large operation radius, but it also has the disadvantages of multi-motor cooperative control, complex control system, high cost and so on. The existing loading and unloading operations are usually realized only by using two or three degrees of freedom, and the six degree of freedom joint arm manipulator is not suitable for this kind of operation. In this paper, an underactuated manipulator for loading and unloading operation is designed according to the movement characteristics of upper and lower material operation. In this paper, the technical specifications and working principle of the designed underactuated manipulator are analyzed, and the kinematic mathematical model of the link mechanism, which is the key component, is derived to determine the installation position of the encoder and brake. The central position of the terminal claw and the relationship between the range of motion of the manipulator and the length of each joint and the angle of rotation are found out. At the same time, the virtual prototype model of the key component linkage mechanism is established, and the simulation experiment is carried out by using ADAMS software to verify the working principle of the underactuated manipulator, and the experimental results are used to guide the optimal design of the linkage mechanism. At the same time, the results of the simulation test and the theoretical model of the linkage mechanism are compared, the difference between them is found out, and the reasons are analyzed. According to the technical index, theoretical analysis and simulation test results of the underactuated manipulator, a virtual prototype is designed by using the engineering software Solidworks to design its component structure and material selection. The underactuated manipulator uses the supporting mechanism with roller as the base, and controls the movement of the terminal gripper by driving the linkage mechanism through the stepping motor. The position that the manipulator can reach can measure the angle of joint rotation in real time through the angle displacement sensor. The electromagnetic brake can lock and loosen the frame to realize two kinds of motion modes of the linkage mechanism. In this paper, the mechanical analysis of the key components of the manipulator is carried out by using the ANSYS software. The results show that the design of the key components is reasonable. In addition, modal analysis of underactuated linkage mechanism in ANSYS workbench is carried out to verify whether resonance occurs in the motion of the manipulator. From the results of modal analysis, it is obtained that the drive of motor with resonance frequencies of 80Hz and 100Hz / min will not cause the motion of underactuated manipulator to resonate, and will not affect the positioning accuracy of the manipulator.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

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本文編號：2369395