桁架機械手
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
桁架機械手的視頻教程
機器人機械手的Workbench多體動力學仿真，視頻免費無聲音，操作細致，提供附件（需購買）練習。
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桁架機械手的實例教程
[ 摘要 ] 針對某企業(yè)多臺聯(lián)動 CNC 車床大跨距桁架機械手機身剛度及整機穩(wěn)定性問題，基于 ABAQUS 模態(tài) 分析理論，對大跨距桁架機械手橫梁不同橫截面進行分析，比較并判別最優(yōu)橫截面材料力學性能。通過對 桁架機械手橫梁不同橫截面的有限元分析，得出其自振頻率以及前 6 階振型圖。根據(jù)企業(yè)要求，優(yōu)化橫梁 結構，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機構重量減輕，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，提高經(jīng)濟效益。
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優(yōu)化；模態(tài)分析；振動；桁架機械手
0 引言
桁架機械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標系統(tǒng)基礎上 [1]，可以調(diào)整零件位置，或者實 現(xiàn)零件的軌跡運動等功能的全自動工業(yè)設備 [2]。大部分桁架機械手由直線運動模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動化加工鐘表企業(yè)，實現(xiàn)自 動抓取加工表殼功能，設計出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機械手。該系統(tǒng)能實現(xiàn)三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產(chǎn)效率， 但由于其桁架機械手縱梁跨度較大，故需要對其 進行桁架結構模態(tài)分析，并需要進一步優(yōu)化結構。
本文大跨距桁架機械手主要由 X 軸橫梁組件、Y軸縱梁組件和支撐立柱等核心部件組成[5-6]。企業(yè)要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進行優(yōu)化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機構重量減輕，滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，提高 經(jīng)濟效益。
裝有機械臂的組件需要在 X 軸橫梁上行走， 在此過程中，會對 X 軸橫梁產(chǎn)生一定載荷，在此載荷下，機身容易發(fā)生變形，需要對對 X 軸橫梁 進行模態(tài)分析，優(yōu)化結構，避免發(fā)生共振 [7-8]。
1 桁架機械手結構
如圖 1 所示，X，Y，Z 三個方向的運動組件 為桁架機械手的核心組件，定義規(guī)則遵循笛卡爾 坐標系 [9-10]。
展開 教程 - 機械 APDL 中的 2D 桁架分析 （ANSYS） 第 1 部分
一般來說，有限元解可以分為以下三個階段。
1. 預處理：定義問題;
- 定義關鍵點/線/區(qū)域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據(jù)需要劃分線/區(qū)域/體積
2. 解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節(jié)點位移列表
- 單元力和彎矩
- 撓度圖
- 應力等值線圖
在本教程中，我們將進行第一步。
步驟1：
啟動 Ansys Mechanical APDL。
步驟2：
單擊 Preferences 并選擇 Structural ，因為我們將進行結構分析。單擊 OK（確定）。
步驟3：
現(xiàn)在我們必須繪制關鍵點。在 Preprocessor >> Modeling >> Create >> In active CS 下創(chuàng)建。
步驟4：
現(xiàn)在我們必須輸入 Keypoints。輸入關鍵點編號 1 和 XYZ 坐標，然后單擊 Apply。
步驟5：
輸入第二個關鍵點 X=500，Y=1000。Z 將保持為零，因為我們有 2D Bridge Truss。單擊 Apply。
步驟6：
輸入第三個關鍵點 X=1000，Y=0。單擊 Apply。
步驟7：
輸入第 4 個關鍵點 X=1500，Y=1000。單擊 Apply。
步驟8：
輸入第 5 個關鍵點 X=2000，Y=0。單擊 OK
步驟9：
現(xiàn)在我們已經(jīng)繪制了關鍵點。我們必須沿著這些關鍵點創(chuàng)建線條。轉到 建模 >> 在激活坐標中>>創(chuàng)建>>線。
步驟10：
現(xiàn)在通過單擊它們來選擇 kepoint，然后單擊其他關鍵點以創(chuàng)建線。創(chuàng)建成員。單擊 OK（確定）。
步驟11：
現(xiàn)在我們必須定義 Element 類型。即 Beam。
展開 一般來說，有限元解可以分為以下三個階段。
1. 預處理：定義問題;
- 定義關鍵點/線/區(qū)域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據(jù)需要
劃分線/區(qū)域/體積 2.解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節(jié)點位移列表
- 單元力和彎矩
- 撓度圖
- 應力等值線圖
在本教程中，我們將進行第二步和第三步。
1. 步驟1：
這是教程的第二部分，我們在其中解決問題。在 Solution >> Analaysis 下，鍵入 New analysis>>。選擇 static 并單擊 OK。
2. 步驟2：
在定義載荷下>>>> Structural >> 位移 >> On 關鍵點上應用。現(xiàn)在，我們將定義固定的關鍵點或支撐。
3. 步驟3：
選擇兩個下角關鍵點，然后單擊 OK。
4. 步驟4：
選擇 All DOF 并單擊 OK。
5. 步驟5：
轉到定義載荷 >> 在關鍵點上應用>> 結構>>力矩/力矩 >> 。
6. 步驟6：
選擇上部關鍵點，然后單擊 OK。
7. 步驟7：
力的方向為 FY 且輸入 Force 值 = -10000，因為力將向下作用。
8. 步驟8：
現(xiàn)在我們已經(jīng)準備好了模型進行求解。在 Solve 下>> Current Load 步驟。
9. 步驟9：
單擊 OK（確定）。
10. 步驟10：
一條消息 Solution is done！將顯示流程何時完成。單擊 Close。
11. 步驟11：
現(xiàn)在是這個過程的第三部分。要進行后處理。轉到 General PostProc >> 列出結果 >> reaction solu。
12.
展開 教程 - 使用機械 APDL （ANSYS） 解決 2D 桁架問題第 3 部分
在本教程中，我們將進行第三步。我們將審查我們的結果。
步驟1：
轉到 General Postproc >> >> Deformed Shape 繪制結果。
步驟2：
選擇 Def + undeformed。單擊 OK（確定）。
步驟3：
我們有變形圖。現(xiàn)在轉到 Nodal Solu >> 等值線圖 >> 繪圖結果。
步驟4：
選擇 DOF Solution >> Displacement vector sum，然后單擊 OK。
步驟5：
現(xiàn)在我們有了位移圖。
步驟6：
再次轉到 Nodal Solu 并選擇 von mises stress under stress。單擊 OK（確定）。
步驟7：
我們有 von-Mises 圖。
步驟8：
單擊 PlotCtrls，然后選擇 Capture image。
步驟9：
現(xiàn)在結果圖像將位于單獨的圖像中。
步驟10：
再次 PlotCtrls 菜單并選擇 Numbering。
步驟11：
檢查KP、線和元素編號，然后點擊確定。
步驟12：
現(xiàn)在我們有了 element 的編號。
步驟13：
再次轉到 PlotCtrls >> Animate >> Deformed 形狀。
步驟14：
選擇 Def + undeformed 并單擊 OK。
步驟15：
動畫將啟動。單擊 Close。
步驟16：
轉到 PlotCtrls 菜單，然后轉到 Animate >> Save Animation（保存動畫），以防您想要保存動畫。
展開 目前，制造業(yè)的機械手的種類繁多，關于分類的標準，在國內(nèi)并無統(tǒng)一的一個說法，但按其使用方式、驅動方式等來分類大致如下：
一、按使用方式分類
機械手可分為專用機械手和通用機械手
1、專用機械手
它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加口工中心”附屬的自動換刀機械手。
2、通用機械手
它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在規(guī)格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以 “開一關”式控制定位，只能是點位控制: 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。
二、按驅動方式分
1、 液壓傳動機械手
是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。
2、 氣壓傳動機械手
是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:使用極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。
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解密T型槽鐵地板：為何材質是承載與剛性的“勝負手”？
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教程 - 使用機械 APDL （ANSYS） 解決 2D 桁架問題第 3 部分
在本教程中，我們將進行第三步。我們將審查我們的結果。
步驟1：
轉到 General Postproc >> >> Deformed Shape 繪制結果。
步驟2：
選擇 Def + undeformed。單擊 OK（確定）。
步驟3：
我們有變形圖。現(xiàn)在轉到 Nodal Solu
一般來說，有限元解可以分為以下三個階段。
1. 預處理：定義問題;
- 定義關鍵點/線/區(qū)域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據(jù)需要
劃分線/區(qū)域/體積 2.解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節(jié)點位移列表
- 單元力和彎矩
- 撓度圖
- 應力等值線圖
在本教程中，我們將進行第二步和第三步。
1. 步驟1：
教程 - 機械 APDL 中的 2D 桁架分析 （ANSYS） 第 1 部分
一般來說，有限元解可以分為以下三個階段。
1. 預處理：定義問題;
- 定義關鍵點/線/區(qū)域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據(jù)需要劃分線/區(qū)域/體積
2. 解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節(jié)點位移列表
- 單元力和彎矩
- 撓度圖
- 應力等值線圖
在本教程中
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優(yōu)化；模態(tài)分析；振動；桁架機械手
0 引言
桁架機械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標系統(tǒng)基礎上 [1]，可以調(diào)整零件位置，或者實 現(xiàn)零件的軌跡運動等功能的全自動工業(yè)設備 [2]。大部分桁架機械手由直線運動模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動化加工鐘表企業(yè)，實現(xiàn)自 動抓取加工表殼功能，設計出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機械手。
1正運動學分析
采用標準的D-h法進行機械腿模型分析：
D-h表如下
（2）通過（1）求解出機器人各位姿變換矩陣后，求解機器人手臂變換矩陣。通過matlab 計算，寫出機器人末端位置。
正運動學分析
根據(jù)D-H表規(guī)定得到如下變換矩陣為：
由此可得機器人相鄰兩關節(jié)位姿分別為：
2.4.3 基于Robotics Toolbox的工具箱的模型檢測
上文中，我們已經(jīng)對采摘機器手爪運動學理論模型進行了創(chuàng)建，接下來要用MATLAB軟件中的機器人工具箱對創(chuàng)建好的采摘機器手爪運動學理論模型進行校驗。
2.4.4 對象模型創(chuàng)建
運用MATLAB軟件的Link函數(shù)將上文采摘機器手爪已確立的主要參數(shù)代入完成整個模型建模。Link函數(shù)格式如下：
目前，制造業(yè)的機械手的種類繁多，關于分類的標準，在國內(nèi)并無統(tǒng)一的一個說法，但按其使用方式、驅動方式等來分類大致如下：
一、按使用方式分類
機械手可分為專用機械手和通用機械手
1、專用機械手
它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)
機械設計根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產(chǎn)的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。
如今的注塑加工企業(yè)很注重注塑成型機或機械手的選擇，然而，很少有人關注過機械手臂末端工具（簡稱EOAT）的使用。其實，在注塑成型過程中，EOAT卻是一個相當重要的部分。
如果注塑加工企業(yè)希望機械手能夠完成對制品的拾取、放置、移動、搬運和握住等全程自動化操作，他們就必須認真考慮選擇最適合他們機械手的末端工具系統(tǒng)（EOAT）。
多關節(jié)機械手和柔性的末端工具連接在一起
