一種主從遙控機(jī)械手的設(shè)計(jì)與力學(xué)分析.pdf

1、第一款主從遙控機(jī)械手自20世紀(jì)40年代在美國問世以來，由于其行業(yè)應(yīng)用的廣泛性，無可替代性和其產(chǎn)生的巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在軍事、工業(yè)以及社會(huì)生產(chǎn)生活中起著重要的作用。結(jié)合國內(nèi)外主從遙控機(jī)械手的研究現(xiàn)狀以及所需工況條件，本文提出設(shè)計(jì)一種六自由度伸縮式、手動(dòng)控制，電動(dòng)增程主從遙控機(jī)械手。從力學(xué)角度對機(jī)械手的關(guān)鍵部位做進(jìn)一步的力學(xué)分析，最終得到一款設(shè)計(jì)優(yōu)良，結(jié)構(gòu)可靠，性能優(yōu)異的主從遙控機(jī)械手。并針對人力操作下，提出了輕松省力使用這款主從式機(jī)械手的軌

2、跡規(guī)劃方法。
　　首先，針對機(jī)械手工作設(shè)計(jì)要求，按照功能原理分析法依次確定機(jī)械手的分功能及傳動(dòng)方案。然后將主從式機(jī)械手歸類分為主從手的肘部、伸縮臂和手部三大部分，完成了肘部、伸縮臂和手部的具體傳動(dòng)設(shè)計(jì)。根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)，相對應(yīng)完成了其肘部、伸縮臂和手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從而完成設(shè)計(jì)一種初步滿足要求的主從式機(jī)械手。
　　其次，在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，解決主從機(jī)械手關(guān)鍵部件力學(xué)分析中存在的難點(diǎn)。首先，將肘部的俯仰運(yùn)動(dòng)齒輪軸系作為分析對象，建立

3、齒輪軸系扭振模型，求出其固有頻率，避開臨界轉(zhuǎn)速，并提出減小齒輪軸系關(guān)節(jié)角誤差的方法。其次，對扇形齒的齒面應(yīng)力求解，通過Adams建立軸系模型，得到扇形齒的工況扭矩，作為有限元分析的載荷。通過瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析找出齒輪嚙合過程中的最大應(yīng)力位置，并對此位置通過自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化方法得到該位置的最大應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)應(yīng)力無法收斂，通過應(yīng)力線性化得到應(yīng)力奇異點(diǎn)的名義應(yīng)力值。最后應(yīng)用有限元子模型法對手爪強(qiáng)度進(jìn)行分析，對薄弱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸參數(shù)優(yōu)化，增加

4、手爪的強(qiáng)度。
　　最后，在完成關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部位力學(xué)分析之后，為減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，對主從式機(jī)械手進(jìn)行了基于能量最優(yōu)的軌跡力學(xué)分析。首先通過建立機(jī)器人D-H坐標(biāo)系，以三次樣條曲線為關(guān)節(jié)函數(shù)，推導(dǎo)主從式機(jī)械手的關(guān)節(jié)角與動(dòng)能關(guān)系式，并通過matlab求解計(jì)算，得到在三次樣條關(guān)節(jié)函數(shù)的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)時(shí)序，提出了一種能夠輕松省力使用這款主從式機(jī)械手的軌跡規(guī)劃，在最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡下以減少人手模式下的能量輸入，達(dá)到增加主從機(jī)械手靈敏度的目的。<