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上下料机械手柔性手腕的运动分析及优化设计

曹海燕  
【摘要】:本课题是江南大学与某机床厂的科研合作项目,应机床厂的要求,为数控砂轮磨齿机设计一个上下料的机械手。工业机械手在工业技术领域的应用已经越来越广泛,在采用机械手进行装配时如何保证其装配过程中的精度、可靠性及效率是十分重要的。而在装配过程中,各类误差的存在很容易造成装配困难,单纯依靠提高工业机器人及周边设备的精度来解决该问题在技术和经济上都很难实现。现实可靠有效的精密装配且经济实用的途径之一就是使机器人具有一定的柔顺能力,这种柔顺能力可主动或被动的调整装配体之间的相对位姿,补偿装配误差,以顺利完成装配作业。机器人轴孔装配作业中,通常采用柔性手腕来实现柔顺装配。 本文根据机械手的任务要求提出了一种新型的柔性手腕,它能够依靠手腕的柔性来补偿这些误差,从而使装配过程能够顺利进行,且手腕的柔性能够降低旋转过程中离心力对机械手的作用,避免了机械手旋转过程中齿轮被甩出的危险。 本文首先提出了该数控磨齿机上下料机械手的总体结构设计方案和手部、手腕部分的结构设计方案,介绍了手部和手腕部分设计应注意的一些问题,为后续的分析提供了理论基础。 其次详细分析计算了夹持齿轮在上下料装配过程中,双摆指柔性手腕可补偿的误差范围。在此基础上分析了机械手柔性手腕可允许的最大角度误差和最大半径误差。并分析了最大角度误差和最大半径误差的影响因素。 运用理论力学知识,机械手在静止、旋转和装配过程时,对柔性手腕进行力学分析,通过机械手上下料装配过程的受力分析,得出柔性手腕在进行误差补偿时拉动齿轮所需要的拉力,分析该拉力大小的影响因素。 最后根据手腕的结构特点,机械手摆动手指结构的几何参数直接影响着柔顺手腕的误差补偿能力和误差补偿过程中所需要拉力的大小。因此选取误差补偿过程中所需要的最大拉力最小和补偿误差最大作为目标函数,对机械手摆动手指的几何参数进行优化设计。


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