关节型码垛机械手运动学分析及仿真.pdf

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1、·控制与检测·组合机床与自动化加工技术文章编号：1001—2265(2010)08—0044—04关节型码垛机械手运动学分析及仿真毛立民，邹剑(东华大学纺织装备教育部工程研究中心，上海201620)摘要：根据关节型码垛机械手的结构特点，运用D—H方法建立机械手的运动学模型，并对其进行位姿、速度正反问题的分析和求解，得到关节型码垛机械手的雅可比矩阵和逆雅可比矩阵，在此基础上运用ADAMS软件对机械手码垛过程进行仿真，得到关节扭矩、关节角速度曲线，并利用仿真结果完成伺服电机的选型，为控制系统研制提供依据。关键词：关节型码垛机械手；运动学；雅可比；ADAMS仿真中图分类号：TP2

2、42．2文献标识码：AKinematicsAnalysisandSimulationforArticulatedPalletizingRobotMAOLi—min，Z0UJian(DonghuaUniversity，EngineeringResearchCenterofAdvancedTextileMachinery，MinistryofEducation，Shanghai201620，China)．Abstract：Basedonthemechanicalstructureofthearticulatedpalletizingrobot，therobot’Skinemat

3、icmodelisestablishedwithD-Hmethods，includingresearchingpositivenegativeposeandvelocityproblem，SOastogetthepalletizingrobot’SJacobianandinverseJacobian，thenbasedonabove，roboticpalletizingoperationissimulatedwithADAMS，accordinglygetjointtorque，angularvelocitycurve，andtheservomotor’Sselection

4、iscompletedwithsimulationresults，whichgetsreadyforresearchingthecontrolsys-tem．Keywords：articulatedpalletizingrobot；Kinematics；Jacobian；ADAMSsimulation一是机械手末端连杆(手腕转轴)只有四个自由度，O引言j个平移和一个转动，从而使末端连杆能够始终保目前机械手码垛技术广泛运用在啤酒、饮料等持水平姿态，因此这种机械手广泛运用在码垛作业包装流水线上，其中关节型机械手因其结构紧凑、占中；二是此机械手实际只有四个主动关节，关节4为用空间

5、小、相对丁作空间较大、具有柔性_T作能力，从动关节，它与关节2、3存在某种关系：运用越来越广，本文将对关节型码垛机械手进行相关分析。1机械手位姿分析机械手位姿分析包含正问题和反问题。在位姿分析之前，需要根据D．H方法建立关节型机械手坐标系统⋯。图1为关节型码垛机械手连杆坐标系示意图，其中1为机座、2为旋转台、3为大臂、4为小臂，5为手腕、6为手腕转轴。此机械手有五个转动关节0．、0、0、0、0，它在结构上有别于一般的关节型机械手，它的大臂和小臂的外侧各有一个平行四边形辅图1码垛机械手几何模型及D-H坐标系又根据啤酒箱码垛作业要求，末端连杆装载的助连杆结构，此种结构使得这种机

6、械手有两个特点：收稿日期：2010一叭一25；修回日期：20l0—02—26作者简介：毛立民(1956一)，男，浙江江山人，东华大学教授，博士，从事新型纺织机械设计、移动机器人和码垛设备等方面的研究，(Email)zjsy952@126．toni。2010年第9期·控制与检测·抓手不能有自身转动，只能有平动，因此关节1和关各关节变量，具体方法就是通过式(5)求解0、0、节5满足如下关系：0，，其中P、PP。已知，由于位姿反解结果较复杂，限于篇幅这里不再给出。01+05=0，01+05=0(2)根据图1确定各关节参数，如表1所示。表中，2机械手速度分析0、0、0，、04、0是

7、关节变量，Z、Z、Z，、2、f是机械手机械手速度分析就是在位姿分析的基础上，研连杆常量，变量范围由机械手在进行啤酒箱码垛作究末端连杆空间速度与关节空间速度的线性映射业的最大运动范围确定。关系]。机械手速度分析同样有正问题和反问题，表1机械手各关节参数表正反问题的本质就是求解雅可比矩阵及它的逆矩杆i0一1nId变量范围10l一90。f】O0。～9O。阵。20。120一IO0。～一5O。2．1速度正解——雅可比矩阵303O。f3O90。～l40。从上文中可知，此机械手独立关节的数目和末40490。f4O从动端连杆的自由