新型装夹机器人末端执行器的设计与研究

摘要

现代工业生产中需要面对十分激烈的市场竞争,市场经济促使产品生产向多品种、小批量柔性化生产发展。工业机器人作为柔性制造系统中的重要设备,对于提高数控机床的柔性化生产具有很重要的作用。机器人末端执行器是安装于机器人手臂末端,直接作用于工作对象的装置,作为机器人与环境相互作用的最后环节与执行部件,其性能的优劣在很大程度上决定了整个机器人的工作性能。目前,机器人末端执行器已经获得了长足的进步,但还存在一些问题,这主要体现在结构大小及造价方面。本文综合考虑末端执行器结构大小及经济性,结合实际需求,设计了一种新型的装夹机器人末端执行器结构,并进行了运动学、动力学分析,在虚拟仿真环境下模拟了末端执行器对零件的抓取。此外,还进行了机器人及其末端执行器的控制系统设计。
　　 首先,文中介绍了机器人发展的现状及机器人末端执行器研究的现状,分析了现有末端执行器研究存在的一些问题,并根据实际需求,综合考虑各种因素提出了几种设计方案,从中选择最优方案进行了具体的结构设计及三维实体建模。此外,还进行了各个零部件的材料选择。
　　 其次,用设计的末端执行器三维实体模型在ADAMS中建立虚拟样机,进行各种参数设置,并进行了运动学及动力学分析,查看末端执行器各个关节的运动特性及动力特性,对结构中存在的不合理因素进行改进。结果表明:所设计的末端执行能够满足设计要求,各个关节整体运动平稳。
　　 再次,进行了末端执行器控制系统的设计。文中通过对各种驱动方式的比较,选取电机驱动方式,并结合末端执行器的特殊要求选取了直流力矩电机及电动推杆来驱动。控制系统采用体积小、可靠性高、性价比高的单片机控制系统,并进行了控制系统的原理构建及传感器的选择与布置。
　　 最后,在虚拟仿真环境下进行了几种不同规格零件的抓取试验。在ADAMS中进行仿真试验设置,创建传感器及仿真脚本命令,对两种规格零件进行了抓取试验分析,进一步验证结构设计的正确性及合理性。
　　 本文对机器人末端执行器进行了仿真研究,研究结果表明:末端执行器结构设计合理,能够实现对零件的抓取,满足设计要求,达到了预期的效果。