六自由度装配机械手设计及运动学求解王雷.docxVIP

第３５卷第５期 河北科技大学学报 Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．５

２０１４年１０月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｏｃｔ．２０１４

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文章编号：１００８－１５４２（２０１４）０５－０４１７－１１ ｄｏｉ：１０．７５３５／ｈｂｋｄ．２０１４ｙｘ０５００３

六自由度装配机械手设计及运动学求解

王 雷１，２，刘志虎１，２，李 震１，林鹏雄３

（１．安徽工程大学先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽芜湖２４１０００；２．安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖２４１０００；３．牧田（中国）有限公司，江苏昆山２１５３００）

摘要：结合对自动化装配线的应用对象，选定了机械手所要实现的功能。首先，给出了装配机械手的总体方案，总体方案包括机械手本体组成和自由度的分配。确定了机械手各杆臂长度以及各关节的转角范围。其次，对六自由度机械手具体结构进行了建模、虚拟装配，并对部分关键零件进行强度校核。然后，建立了六自由度机械手的运动模型，利用Ｄ－Ｈ参数法建立了运动模型的各个关节的坐标，并确定各关节的Ｄ－Ｈ参数，利用Ｍａｔｌａｂ软件对机械手的运动学正解、逆解进行了计算与验算，结果表明了所建立模型的正确性与合理性。其设计理念对以后关节型工业机械手的设计有一定的参考和应用价值。

关键词：六自由度装配机械手；建模；虚拟装配；运动学建模中图分类号：ＴＰ２４１．３文献标志码：Ａ

Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆ６－ＤＯＦａｓｓｅｍｂｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

ＷＡＮＧＬｅｉ１，２，ＬＩＵＺｈｉｈｕ１，２，ＬＩＺｈｅｎ１，ＬＩＮＰｅｎｇｘｉｏｎｇ３

（１．ＡｎｈｕｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＳｅｒｖｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡｎｈｕｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＷｕｈｕＡｎｈｕｉ２４１０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＷｕｈｕＡｎｈｕｉ２４１０００，Ｃｈｉｎａ；３．ＭａｋｉｔａＣｈｉｎａＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，ＫｕｎｓｈａｎＪｉａｎｇｓｕ２１５３００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｊｏｉｎｔｂａｓｅｄｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｈａｓｒｅｃｅｉｖｅｄｇｒｏｗｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｙｄｅｓｉｇｎｅｒｓａｎｄｕｓｅｒｓｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｗｉｄｅｒｔａｓｋｉｎｇａｒｅａ，

ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｍｐａｃｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅ，ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒ－ａｌｌｓｃｈｅｍｅｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆａｓｓｅｍｂｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｎｄａｌｌｃａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ．Ｔｈｅｊｉｂｌｅｎｇｔｈｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｎｄｔｈｅａｎｇｌｅｒａｎｇｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ６－ＤＯＦｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｍｏｄｅｌｅｄａｎｄｖｉｒｔｕａｌｌｙａｓｓｅｍｂｌｉｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｏｍｅｋｅｙｐａｒｔｓｉｓａｌｓｏｃｈｅｃｋｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ６－ＤＯＦｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＥａｃｈｊｏｉｎｔｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＤ－Ｈｐａｒａｍｅｔｅｒ，ａｎｄＤ－Ｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ＴｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｎｏｒｍａｌａｎｄｉｎｖｅｒｓｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｃｈｅｃｋｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍ