某型柔性机械臂抓取过程的运动学分析与结构仿真

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1、分类号：密级：公开UDC：编号：201421201002河北工业大学硕士学位论文某型柔性机械臂抓取过程的运动学分析与结构仿真论文作者：刘彦勇学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：力学指导教师：桑建兵职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofEngineeringMechanicsKinematicsanalysisandstructuralsimulationofgraspingprocessofaflexiblemanipulatorbyLiuYanyongSuperv

2、isor:Prof.SangJianbingMarch2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全

3、文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着人类科技的不断进步，机械臂在工业上的用途越来越广泛，已经成为自动化行业的重要组成部分，与其相关领域的研究也取得了突破性的进展，给人们的生产及生活带来了巨大的影响。在当前的工作环境下，仅仅依靠人工在生产线中重复同一工序任务，大大影响了产品的生产效率，利用机械手来代替人手进行操作已成为现代工业发展的重要方向。本文利用现代设计与分析方法对仿人臂-手系统的抓

4、取过程进行分析与仿真，设计出更加合理的机械手，对于解放劳动力，提高生产率具有十分重要的意义。本文首先对某型机械臂进行了简化及分析，建立了机械臂的三维模型以及相对应的D-H连杆坐标系数学模型，求解出了正运动学方程，分析了逆运动学中的关节变量参数，并对机械臂进行了运动学仿真研究，因而完整的表示出了目标机械臂的运动学状态，为臂-手系统的运动控制及抓取工件的运动学分析奠定了理论基础。其次，为了能够更好的研究工件的抓取过程，设计了欠驱动仿人机械手部，并推导出了驱动力，为伺服电机的选型提供了理论依据。运用有限元方法，对机械手部进行了静态接触分析与模态分析，验证了机械手部刚度、强度、振动等方面

5、的可靠性。最后，臂-手系统能否成功抓取工件，取决于臂-手系统设计的合理性，因此利用ADAMS虚拟样机技术对臂-手系统进行了仿真分析。(1)对欠驱动机械手部在虚拟环境中抓取工件过程进行仿真研究，得到了手指与工件间接触力随时间变化的特定曲线，仿真结果表明，欠驱动仿人手部能够较好的对工件进行抓取，验证了手部设计的合理性。(2)对欠驱动仿人机械手部和六自由度机械臂组合成仿人臂-手系统进行了仿真，此系统加入了各种传感器，可以根据工件重量对其自适应抓取。得到了臂-手系统抓取工件的完整过程，结果表明，本文设计的臂-手系统结构合理，效率较高，对其在工业中的布置及研究具有一定的参考价值。关键词:机

6、械臂欠驱动接触分析ADAMS仿真臂-手系统IABSTRACTWiththedevelopmentofhumantechnology,theuseofmanipulatorinindustryismoreandmorewidespread,whichhasbecomeanimportantpartoftheautomationindustry,andtherelatedstudyfieldhasmadebreakthroughprogress.Inthecurrentworkingconditions,thatthefactorycanonlyrelyonmanuatorepeat

7、thesameprocessonproductionline,greatlyaffecttheproductionefficiencyofproducts.Ithasbecomeanimportantdirectionofmodernindustrydevelopmenttousemanipulatorinsteadofhand.Inthispaper,inordertodesignamorereasonablemanipulator,weusemoderndesignandan