额定扭矩4Nm.
其余各个轴的电机和减速器的选择方法,通过运算分别选择各个轴的伺服电机的型号电机.第二轴以驱动臂座和大臂的连界面为原点,最大加速度去2.72,安全系数1.5分别求出各个关节的最大扭矩,第六关节最大扭矩确定第二关节和第三关节选用RV-20E减速器,额定转速是3000rpm,减速比100,伺服电机选用南京华兴110ST-M05030,SD15M适配器,额定扭矩4N?m,额定功率4kw；第四关节、第五关节和第六关节选取带电磁制动器,减速比i=
3000nm= =63的XB25-63型号42.26nw的谐波减速器. 交流伺服电机分别选用南京华兴110ST-M04030、南京华兴110ST-M02030和南京华兴110ST-M02030. 3.5机械手结构分析与优化
机械手的结构在大臂、肘部、手腕接近水平位置时候最容易损坏,通过对机械手所受静应力分析,确定大手臂、小手臂的受力状况和所受扭矩情况.然后在Solidworks的Simulation插件中通过固施加扭矩、施加约束和受力分析,得出结构的应力、变形云图,并验证是否符合设计要求. 3.5.1静应力分析
分别对机械手的大手臂和小手臂受力和扭矩分析,由于第三关节的最大负向转角为-20.,并不能使大手臂以上的部件处于同一水平线,但是此时大手臂所受静力最大,如图3-8所示,F2U 和F2D分别表示大手臂所受到的其他两杆对于大手臂的上作用力和下作用力,M2U和 M2D分别表示上下作用扭矩,G3456表示肘关节、小臂、腕关节、手爪的重力之和 、G456表示小臂、腕关节、手爪的重力之和 ,G表示最大负载的重量, G2表示大臂的重量, L0 、L1 、L2、 L3分别表示其重物重心与大手臂上端距离,小臂、腕关节、手爪重心与大手臂上段距离,上作用力与下端之间的距离,大手臂重心与下端之间的距离.
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图3-8 大手臂静力分析图
分别对大手臂和大手笔上端部分做受力分析得到下式,经过计算后得到大手臂所受上端作用力为990N.下端作用力为1490N,上段扭矩为262N*m,下端扭矩为1065N*m.
F2U?G3456?G?830N?160N?990N； F2D?F2U?G2?990N?500N?1490N；
M2U?G456*L1?G*L0?830*0.2?160*0.6?262N*mM2D?M2U?F2U*L2?G2*L3?262?990*0.66?500*0.3?1065N*m
. (式3.1) ；
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图3-9 小手臂静力分析图
依据同样的方法,对小臂做受力分析,如图3-9所示,得到小手臂所受上端作用力为750N.下端作用力为990N,上段扭矩为91N*m,下端扭矩为562N*m.
F3U?G456?G?590N?160N?750N； F3D?F3U?G3?750N?240N?990N；
M3U?G456*L1?G*L0?590*0.1?160*0.2?91N*m；
M3D?M3U?F3U*L3?G3*L4?91?750*0.5?240*0.25?526N*m3.5.2有限元分析与结构优化
Solidworks自带的Simulation插件与ANSYS有限元分析内核相同.可以通过导入模型,设置零部件约束、材质、所受作用力和扭矩、划分表格密度、计算实现模型的有限元分析,直观的反映零件的应力、应变、形变量和形变方式,从而方便用户对材质和模型进行优化.
对于此六轴工业机械手,大臂和小臂的形变位移直接影响到整机的精度,
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. (式3.2)
其应变也影响整机性能的稳定.首先,设置两关节处的两个受力和两个扭矩,确定大手臂的受力状况,其次要设置零件材质,设置约束,划分网格,如图3-10所示.
图3-10 大手臂网格化分云图
运算后得到大手臂的应力和应变云图,红色部分表示应力较大部位,如图
3-11,其变形效果为放大1200倍后的状况,最大应力处于手臂上部,为
34018704PA,应力反映材料内部受压情况,应变量和综合位移反映材料变形情况.大手臂应变最大值为1.29*10-4(如图3-12),综合位移最大为0.06804mm(如图3-13),应力值远远低于材料的屈服力275742000PA,可以满足设计要求.
图3-11 大手臂应力云图
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图3-12 大手臂应变云图
图3-13 大手臂总位移云图
小手臂的有限元分析过程,与大手臂相同,通过Simulation的计算,可以直观的看到,最大应力15MPA(如图3-14所示),最大应变4.7*10-5(如图3-15所示),最大综合位移0.1438mm(如图3-16所示),其应力值远远低于材料的屈服力241MPA,设计满足要求
图3-14 小手臂应力云图
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