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机器人已被越来越多的应用到科技、生产加工、服务等各个领域,并将有着更加广泛的发展。机器人是提高生产效率、改善产品质量的重要工具,而机器人操作臂的动力学性能直接影响机器人的应用水平。因此,在机器人的设计过程中,对机器人系统开展动力学方面的研究是必要的。
本文首先利用SolidWorks软件初步建立了气门电镦成型工序机器人(以下简称机器人)的三维模型,然后对建立的模型进行了静力学分析,为机器人选取了合适的驱动装置包括伺服电机、减速器等,最后从驱动装置的连接,关节功能的实现出发,完成各关节零件的设计,最终得到了机器人的装配体,完成了机器人的机械结构设计。
将机器人抽象为一个由一系列连杆通过旋转关节串联而成的空间开式链,根据机器人的功能和作业要求,初步确定了操作臂的大致尺寸,并计算了机器人末端所能达到的工作空间,再从机器人的实际D-H参数表出发,计算了各关节的雅可比矩阵,建立了机器人运动学方程。
根据设计的机器人结构建立了有限元模型,利用ANSYS软件进行了静力分析,获得了小臂、大臂、拉杆和腰部支架的最大节点等效应力、最大结构总变形,直观展示了小臂、大臂、拉杆和腰部支架的应力分布和位移分布,分析结果表明,机器人小臂、大臂、拉杆和腰部支架的强度和刚度均能满足工作的要求。
最后,利用机械系统动力学自动分析软件ADAMS对机器人的S、L、U轴关节进行了仿真分析,针对每个关节分别选取具有代表性的极限位置进行动态特性分析,得到了每个关节的力矩和功率曲线,然后根据分析结果与伺服电机和减速器的实际选型进行比较,结果表明所选伺服电机和减速器能够满足要求,并提出优化设计的建议,为后续结构的改进提供理论依据。通过实验,选取了合适的弹簧,实现了机器人大臂的静态平衡。