一种穿鞋带机械手的运动学分析与仿真.pdfVIP

学兔兔 一 种穿鞋带机械手的运动学分析与仿真术 口 严 楠1,2 口 陈 罡 口 高晓丁z 口 孟 静z 1．浙江纺织服装职业技术学院机电学院 浙江宁波 315211 2．西安工程大学 机电学院 西安 710048 摘 要：针对制鞋企业劳动生产中穿鞋带作业工序劳动强度大、效率低等情况．设计了一种四自由度的“RRPR”型穿 鞋带机械手的结构，利用 D—H参数法建立机械手运动学模型，对机械手的运动学正运动和逆运动进行求解与分析，并通 过MATLAB软件仿真对机械手的运动特性进行分析。结果表明，该机械手的运动平稳。运动特性良好。验证了机器手参数 的合理性，为机械手的后续轨迹规划、控制等设计提供了重要参考。该方法大大提高了设计效率，亦适用于其它非冗余关 节型机械手的运动学分析 关键词：穿鞋带机械手 运动学 MATLAB 仿真 中图分类号：TH123 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2015)01—002O—O3 由于机械手在工作时牵引的鞋带具有柔性 ．导致 机械手运动过程与鞋带之间极易发生干扰．因此很有必 要~,-j-i~机械手的运动轨迹 、运动特性进行分析，为后续进 一 步对其动力学分析和控制系统设计提供重要参考 。 机械手的运动学问题主要包括正运动和逆运动分 析两个方面。当所有关节变量已知时 ，可用正运动学来 确定机械手末端的位姿：如果使机械手末端放在特定 的点上并且具有特定的姿态 ，可用逆运动学来计算出 每一关节变量的值。机械手的正、逆运动学方程的主要 求解方法是采用 D—H表示法来推导 ．该方法可用于表 达任何一种机械手的构型，而不必考虑关节的数量 、顺 末端执行器则采用气缸驱动。该机械手臂运动灵活 ，工 序、类型、关节偏移和连杆扭转等问题[3]。由于机械手 作空间大 ，各关节之间具有联动功能 ，确保了机械手在 运动学求解是一个非线性、强耦合、多变量且相：X,-t复杂 穿鞋带作业过程 中具有 良好的空间姿态调节功能。 的过程 ，可通过 MATLAB软件进行仿 真试验 ，对机械 1．2 运 动 学模 型 手运动学求解进行分析与验证 ，并且可观察机械手模 穿鞋带机械手具有4个自由度，每个连杆含有一 型的运动过程 ，提高设计效率H]。 个自由度。并能在其运动范围内任意定位与定向。为了 笔者设计一种四自由度的“RRPR”型穿鞋带机械 确定机械手各连杆之间的相对运动关系．根据穿鞋带 手的结构．根据此结构建立运动学 D—H参数模型，并 机 械 手 的设 计 基于设计参数进行运动学的正解与逆解求解，采用 结构 ．在每个连 MATLAB进行仿 真。结果表 明，机械手位移 、速度 、加 杆 上 固联 一 个 速度曲线光滑 ，运动学特性 良好 ，提高了设计效率。 坐标 系 来 研 究 各 连杆 间 的 位 1 穿鞋带机械手模型建立 姿 关 系 。 利 用 1．1 结 构模 型 D—H 法建 立 水 穿鞋带机械手是一个四自由度的机械手结构 ，由 平 多关 节 机 械 3个旋转副( )和一个移动副(P)组成 ，其结构模型如 手各连杆的空间坐标系 ，如图 2所示。 图 1所示。旋转关节均采用电机驱动，而移动关节和 穿鞋带机械手是 由一系列 关节连接起来 的连杆 浙江省省级重点企业研究院青年科学家培养计划项目(编号：2013R一 构成 的．连杆长度是 由工作任务要求