一種四自由度碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析

3 ADAMS運(yùn)動(dòng)模擬

　　ADAMS是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真計(jì)算的經(jīng)典軟件。為進(jìn)一步展示碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間形式，本文將solidworks建立的碼垛機(jī)器人三維模型導(dǎo)入ADAMS,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬，其最大運(yùn)動(dòng)空間剖面軌跡如圖4所示，該軌跡線反應(yīng)了一般碼垛機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)空間結(jié)構(gòu)。

　　在完成上述圖4-（b）的模擬中，2軸和3軸Motion驅(qū)動(dòng)角速度如圖5所示：

　　結(jié)合圖4和圖5可進(jìn)一步看出，ER300機(jī)器人特定的結(jié)構(gòu)使其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，大小臂之間沒(méi)有復(fù)雜的耦合運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式及控制方法。

　　仿真結(jié)果也顯示，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，大臂副桿在某些位置承受了較大的拉力。由理論分析可知，當(dāng)轉(zhuǎn)矩M不變，大臂副桿的拉力F與其關(guān)于3軸的力臂L成反比例函數(shù)，從而在某些特定位置，力臂L的較小變化會(huì)導(dǎo)致F大幅變化。因此，在機(jī)器人設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分保證大臂副桿及其組件的強(qiáng)度與剛度，以保證機(jī)器人的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　4 運(yùn)動(dòng)空間數(shù)值計(jì)算

　　為準(zhǔn)確計(jì)算并驗(yàn)證碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可達(dá)空間，本文采用了ER300碼垛機(jī)器人的基本參數(shù)：R=400mm,H=835.5mm,L2=1250mm,L3=1300mm,W=225mm.利用matlab編程計(jì)算并繪制了碼垛機(jī)器人手腕體D點(diǎn)的理論運(yùn)動(dòng)可達(dá)空間剖面，如圖6所示：

　　計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)時(shí)，機(jī)器人末端中心D點(diǎn)達(dá)最大工作空間最高點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，機(jī)器人末端中心D點(diǎn)達(dá)最大工作空間最低點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，機(jī)器人達(dá)最大臂展位置，這三點(diǎn)位置決定了碼垛機(jī)器人本體分別在垂直和水平方向上的最大碼垛范圍，是衡量碼垛機(jī)器人工作性能的重要參數(shù)。

　　再與ADAMS模擬的運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比，并分別考慮ADAMS模擬的軌跡求解精度誤差和離散計(jì)算方法的誤差因素，模擬結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果基本和設(shè)計(jì)目標(biāo)一致，均能夠達(dá)到最大臂展為3175mm,Y方向搬運(yùn)高度3104mm的要求。

　　分別與ABB的IRB660-180、KUKA的KR180-2PA和KAWASAKI的ZD130S工作空間對(duì)比，結(jié)果顯示在ER300的基本參數(shù)下，運(yùn)動(dòng)空間與上述同類機(jī)器人基本重合，能夠達(dá)到市場(chǎng)的一般需求（臂展、碼垛高度等）。

　　5 結(jié)論

　　本文通過(guò)對(duì)ER300碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)的分析，展現(xiàn)了一般碼垛機(jī)器人的桿件關(guān)系、運(yùn)動(dòng)形式；說(shuō)明了該種機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也點(diǎn)出了其在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題；分別模擬和計(jì)算了碼垛機(jī)器人的最大運(yùn)動(dòng)空間，驗(yàn)證了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式。

　　本文對(duì)碼垛機(jī)器人的機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析，為該類機(jī)器人的研發(fā)提供了一定的理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)參照。