码垛机器人臂部及整体运动分析

陈菡菡

（湄洲湾职业技术学院，福建 莆田 351254）

1 引言

机器人码垛机是现在流水线生产中必不可少的包装机械之一，他的主要功能就是将产品能够更好地进行码垛，保证产品的正常包装和搬运，这样就能够减少人工成本1。本文主要利用Solidworks有限元分析软件Simulation对码垛机器人臂部进行有限元分析，并对码垛机器人整体运动进行分析。

2 码垛机器人总体结构

该码垛机器人为四自由度机器人，整个设备由机械结构包括底部基座、腰部、臂部和腕部。总体结构如图1所示。

3 臂部的有限元分析与优化

Simulation有限元分析软件是Solidworks软件中的一个无缝插件，可以提供静力分析、热传导、扭曲、频率等多方面分析。利用Simulation对臂部装配体进行静力分析，得出臂部构件的强度和刚度的分析结果。首先建立前大臂、后大臂、小臂和大臂连杆的数学模型，设置零件材料，将零件连接设置为销钉接头，以最高点为危险受力分析，固定前大臂和后大臂的底端孔，选择合适单元类型及大小进行网格划分，运行分析得出应力分布图2和位移分布图3。可以找出小臂与前大臂连接孔为应力最大处。

通过simulation的有限元分析，可以在满足构件强度和刚度使用要求的前提下，使构件结构尺寸合理化，以减轻重量，减小转动惯量，节省材料，降低了制造成本。

图1 码垛机器人结构

图2 臂部构件的应力分布图

图3 臂部构件的位移分布图

4 码垛机器人的运动分析

图4 码垛机器人的运动学分析

码垛机器人的运动学分析需要根据解析几何法建立坐标系3，分析其运动学特性，计算出其末端执行器的位置和姿态与各参变量的关系，绘制出码垛机器人的运动学简图。（图4）

（9）式即码垛机器人G点的运动方程。通过伺服电机驱动水平运动副和垂直运动副，通过改变α、β以及θ1、θ2可以使得码垛机器人准确定位。

5 结论

本文通过Solidworks有限元分析软件对码垛机器人的臂部结构进行分析。通过模型的运动学分析和计算获得机器人的位姿变换关系式，从样机结果表明，该码垛机器人臂部结构紧凑，并可实现位置精确控制。