焊接机械手的设计及动力学仿真

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焊接机械手的设计及动力学仿真合肥工业大学材料科学与工程学院 李雷阵 胡楔 王求
摘要
关键词
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本文以UG软件为基础，设计了-个小型焊接机械手，并将造型导入ADAMS建立机械手的虚拟样机，实现了
机械手动力学仿真，得到机械手各个关节的力矩、角速度、角加速度等动力学参数，为后续设计、修改及电机选型提
供了依据。
焊接机械手；UG；ADAMS；动力学
前言
1 机械手本体的设计
随着机器人技术的发展，机械手
的用途也越来越广泛。我国的工业机
器人从20世纪80年代七五”科技攻
关开始起步，目前已基本掌握了机器
人操作机的设计制造技术，控制系统
硬件和软件设计技术，生产了部分机
器人关键元器件，开发出喷涂、桓、
装配、搬运等机器人。但是这些都是
相对大型的设备，为了降低制造及使
用过程中的费用，尤其是针对-些小
型工件或密闭容器的焊接，需要开发
出小型焊接机械手以适应市场的需求，
本文即是以此为出发点，借助于虚拟
样机技术研发小型高效焊接机械手，
并对其进行动力学仿真分析。
根据需要，机械手
主要用于焊接（点焊或桓）其末端
载荷要求不高，能够承受焊枪重量即
可，以1kg为依据进行设计。
1.1 机械手的设计要求及主要参数
1.1.1 末端载荷：
手的工作条件，其本体重量旧能小
暂定为小于10kg。
具有六个旋转关节的
铰接开链式机器人操作机从运动学上
已被证明能以最小的机构尺寸为代价
获得最大的工作空间。本机构采用6个
自由度的设计，其中3个自由度用于控
制焊枪端部的空间位置，另外3个自由
度用于控制焊枪的空间姿态。
机械手本体由基座、肩部、大臂、
小臂、手腕、末端执行器所组成。共
有六个自由度依次为：肩部回转、大
臂俯仰、小臂俯仰、小臂回转、手腕
俯仰和手腕回转。
如图1所示：关节16为机械手的
6个关节，每个关节实现-个自由度，
6个关节运动的结果分别是：1-肩部回
转；2-大臂俯仰；3-小臂俯仰；4-
小臂回转；5-手腕俯仰；6-手腕回转。
在本机构中，机械手的六个关节
均采用转动关节的形式，每个关节由
，
1.1.3 自由度：
1.2 机械手自由度的分配
1.3 机械手关节的设计
转动，即能实现-个转动的自由度。
箱体内部集成了-个谐波减速器，电
机安装在与箱体1相连的连杆A内部，
电机转子的转动通过波减速器减速传
递到箱体2，箱体2带动与其相连的连
杆B实现转动。关节传动原理如图2所