某六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19087某六軸工業(yè)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例 16951.1六軸工業(yè)機(jī)械臂桿設(shè)計(jì)要求 1292811.2六軸工業(yè)機(jī)械臂桿參數(shù)設(shè)計(jì) 2313461.3六軸工業(yè)機(jī)槭臂的建模 3160721.3.1基于soildworks軸工業(yè)機(jī)械臂的建模 3304871.3.2基于soildworks由工業(yè)機(jī)械臂的裝配 5116191.4機(jī)械臂的設(shè)計(jì)思路 6可靠性高的六軸機(jī)械臂不僅是企業(yè)完成機(jī)械工業(yè)各項(xiàng)裝備工作的重要關(guān)鍵，在當(dāng)今的工業(yè)程度下，在很多方面都無法達(dá)到所需要求，因此，對于六軸機(jī)械臂的設(shè)計(jì)研究可以降低制造成本，加快工作效率，保證機(jī)械臂的運(yùn)行穩(wěn)定。本章將對六軸工業(yè)機(jī)械臂的三維模型制造過程進(jìn)行介紹，然后對六軸工業(yè)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真分析。1.1六軸工業(yè)機(jī)械臂桿設(shè)計(jì)要求六軸工業(yè)機(jī)械臂雖然可以通過各關(guān)節(jié)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)完成各項(xiàng)任務(wù)，加快效率，縮減搬運(yùn)預(yù)算，但是在一些黃靜復(fù)雜條件下使用的時(shí)候，六軸工業(yè)機(jī)械臂還存在絕大部分的缺陷，因此，對機(jī)械臂的各個(gè)組成部分的自由度、實(shí)用性、安全性有更高的要求。根據(jù)六軸機(jī)械臂的要求進(jìn)行計(jì)算，展開對六軸工業(yè)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，需要做到以下標(biāo)準(zhǔn)：1.機(jī)械臂的基本機(jī)臂設(shè)計(jì)需要盡量減輕整體質(zhì)量,減小整個(gè)傳動(dòng)機(jī)械臂的基本整體設(shè)計(jì)重量,保證各個(gè)機(jī)臂設(shè)計(jì)基本參數(shù)不大或低于傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)械臂的整體設(shè)計(jì)基本參數(shù);1.尺寸必須滿足實(shí)際作業(yè)質(zhì)量要求。作為機(jī)械維護(hù)以及檢修的基本要求,六軸傳動(dòng)工業(yè)機(jī)械臂的工作可達(dá)性和工作姿態(tài)空間必須要能完全自動(dòng)實(shí)現(xiàn);由于機(jī)械零部件定期更換的巨大不確定性,所以對工業(yè)機(jī)械臂的工作姿態(tài)位置有一定要求。3.結(jié)構(gòu)緊湊。六軸機(jī)械臂在正常運(yùn)行操作過程中,需要保證設(shè)備的安全性，機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)屬于輕巧型，需要在特定的時(shí)間做特定的事情,機(jī)械臂的各個(gè)軸要到達(dá)用戶指定的工作位置,滿足各種運(yùn)行性能要求。4.整體設(shè)計(jì)重量盡可能輕。六軸機(jī)械臂的每一個(gè)臂的整體形狀以及臂的尺寸等都要必須做到合理,保證在能夠滿足機(jī)械工作運(yùn)動(dòng)性能和機(jī)械強(qiáng)度、剛度等等要求的特殊情況下才能實(shí)現(xiàn)安全輕量化。5.工作量和使用壽命長,因?yàn)榱S重型專用工業(yè)機(jī)械臂工作需要同時(shí)完成的各種實(shí)際工作量在過程中都存在很多的工作技術(shù)性和不確定性,需要充分綜合考慮到六軸重型專用工業(yè)機(jī)械臂的現(xiàn)有工作系統(tǒng)安全性和現(xiàn)有工作系統(tǒng)可靠性,保證現(xiàn)有工作系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定基礎(chǔ)上,盡可能的使用可以大大延長六軸重型專用工業(yè)機(jī)械臂的實(shí)際工作量和使用壽命。1.2六軸工業(yè)機(jī)械臂桿參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)需要夾取物體的大小和質(zhì)量還有不同環(huán)境的不同狀態(tài)，首先我們需要對工業(yè)機(jī)械臂的自由度進(jìn)行確認(rèn)，并在設(shè)計(jì)過程中考慮這些問題。。表1六軸工業(yè)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)行程角度表1六軸工業(yè)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)行程角度每個(gè)關(guān)節(jié)的速度設(shè)計(jì)參數(shù)為：關(guān)節(jié)１的運(yùn)動(dòng)速度為480°/s，關(guān)節(jié)２的運(yùn)動(dòng)速度為225°/s，關(guān)節(jié)３的運(yùn)動(dòng)速度為225°/s，關(guān)節(jié)４的運(yùn)動(dòng)速度為450°/s，關(guān)節(jié)５的運(yùn)動(dòng)速度為480°/s，關(guān)節(jié)６的運(yùn)動(dòng)速度為510°/s。機(jī)械臂的自由度設(shè)計(jì)是機(jī)械臂的一個(gè)十分重要的參數(shù)指標(biāo),是能夠保證其獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的重要指標(biāo)性參數(shù)。它的自由度是由其自身的結(jié)構(gòu)所決定的，并且能夠在一定條件下該表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)和功能方式。（1）剛體的自由度。它指的是剛體對坐標(biāo)軸能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的軸的數(shù)量。剛體能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的軸數(shù)如圖2-1所示，一個(gè)剛體可以擁有六個(gè)點(diǎn)的自由度。當(dāng)兩個(gè)剛體之間已經(jīng)確立了某種剛性關(guān)系時(shí),每一個(gè)剛體就對另外一個(gè)剛性整體而言失去了一些新的自由度。這種轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系也認(rèn)為可以用兩剛性物體間由于同時(shí)建立了兩個(gè)連接點(diǎn)而不能進(jìn)行的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)來表示。設(shè)計(jì)控制機(jī)械臂的最大運(yùn)動(dòng)量和自由度。它主要定義指的也可能就是其兩個(gè)坐標(biāo)抓手在相對基本的兩個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)上之間能夠同時(shí)進(jìn)行相對獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)坐標(biāo)軸的相對受力關(guān)系數(shù)量。一般性的實(shí)際情況下,機(jī)械臂臂的結(jié)構(gòu)本身可以明確地被看作是成為它本身是由許多的大型的非剛性結(jié)構(gòu)物體所相互結(jié)合一起組成的。如果一個(gè)人的抓手位置應(yīng)當(dāng)達(dá)到能夠自由度地運(yùn)動(dòng)并能夠達(dá)到一定長度空間的任意位姿,則這就必然要求一個(gè)放在機(jī)械臂上的抓手位置應(yīng)當(dāng)必須能夠達(dá)到具有六個(gè)中心點(diǎn)的一定自由度。不過,如果該第一類新型機(jī)械臂本身已經(jīng)完全具有某種特定的自由度和結(jié)構(gòu),那么該類的新型機(jī)械臂就很容易有幾率可能不會(huì)再覺得需要這些自由度。圖2-1剛體自由度圖2-1剛體自由度1.3六軸工業(yè)機(jī)槭臂的建模1.3.1基于soildworks軸工業(yè)機(jī)械臂的建模對于六軸機(jī)械臂的三維實(shí)體建模仿真，根據(jù)六軸機(jī)械臂的工作空間初步合理的設(shè)計(jì)機(jī)械臂的形狀尺寸，方便后期進(jìn)行裝配，節(jié)約時(shí)間，提高效率，確定好機(jī)械臂各個(gè)組裝零件的形狀和尺寸之后進(jìn)行草圖的繪制；然后，生成六軸機(jī)械臂的各個(gè)組成部分的零件模型，本設(shè)計(jì)采用最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)辦法：依次生成機(jī)座、連接臂、末端執(zhí)行件、電機(jī)以及其余的必要裝配組件，其中電機(jī)的位置是十分重要的，一般選用性價(jià)比最高的電機(jī)，也即是步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)先確定電機(jī)的位置是最重要也是最麻煩的，其中，部分組件如圖所示：圖2-2插口的三維模型圖2-2插口的三維模型圖2-3J2軸的基本結(jié)構(gòu)圖2-3J2軸的基本結(jié)構(gòu)1.3.2基于soildworks由工業(yè)機(jī)械臂的裝配Soildworks隨著發(fā)展越來越快的普及,采用各種soildworks三維軟件對六軸傳動(dòng)機(jī)械臂各部分裝配組件加工進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配,完成整個(gè)機(jī)械裝配體的加工設(shè)計(jì)操作裝配,在設(shè)計(jì)裝配操作過程中還需要特別注意各個(gè)裝配組件之間的相對約束連接運(yùn)動(dòng)關(guān)系,盡量減少各個(gè)裝配組件之間的相互約束運(yùn)動(dòng)關(guān)系,電機(jī)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸之間、位于電機(jī)低端面的運(yùn)動(dòng)軸與電機(jī)基座之間的設(shè)計(jì)裝配運(yùn)動(dòng)方式一般是固定的,運(yùn)動(dòng)軸之間的設(shè)計(jì)裝配運(yùn)動(dòng)方式為雙向活動(dòng)的。下圖是裝配好六軸傳動(dòng)機(jī)械臂的整個(gè)三維結(jié)構(gòu)模型，如圖2-４，2-5所示:圖2-4機(jī)械臂的總裝圖圖2-5快遞分揀線1.4機(jī)械臂的設(shè)計(jì)思路機(jī)械臂的最大夾取大小決定了操作范圍，如果機(jī)械臂是用于上下料，那么它的設(shè)計(jì)大小基于一般不超過機(jī)器的一半，如果我們按機(jī)械手手臂運(yùn)動(dòng)的不同運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)形式和形態(tài)來進(jìn)行分類，其座標(biāo)型式可分為直角座標(biāo)式、圓柱座標(biāo)式、關(guān)節(jié)式。（1）直角坐標(biāo)型具有三個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（PPP），可使手部產(chǎn)生三個(gè)互相垂直的獨(dú)立位移。由于其運(yùn)動(dòng)方程可獨(dú)立處理，且為線性的，具有定位精度高，控制簡單等特點(diǎn)，但操作靈活性較差，運(yùn)動(dòng)速度低的特點(diǎn)。（2）圓柱坐標(biāo)型具有兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（PPR），手部的坐標(biāo)為(z，r，θ)。這種操作機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是所占的空間較小，工作范圍較大，結(jié)構(gòu)簡單，手部可獲得較高的速度。而缺點(diǎn)是手部外伸離中心軸愈遠(yuǎn)，其切向線位移分辨精度愈低。（3）關(guān)節(jié)型是指機(jī)械臂像人的手臂一樣，可以自由的轉(zhuǎn)向，晃動(dòng)，不會(huì)受一些事物的影響，此類機(jī)械臂精度高，靈活性強(qiáng)，適合輕量級的物體夾取，且能快速放置到各個(gè)準(zhǔn)確的位置上去。1.機(jī)械手的最大質(zhì)量快遞大件抓重驅(qū)動(dòng)能力主要是其能夠使用不同規(guī)格的基本質(zhì)量主機(jī)和夾具參數(shù),由于這些參數(shù)是直接通過采用氣動(dòng)進(jìn)行快遞抓取方式的來進(jìn)行驅(qū)動(dòng),減少了一系列的磨損，增加了夾取方位的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)是為了將快遞有效的分類且快速的提取識別,快遞的種類包括小中大三中件。1.運(yùn)動(dòng)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)