桁架機械手的案例
《基于 ABAQUS 的大跨距桁架不同截面模態分析和結構優化》
[ 摘要 ] 針對某企業多臺聯動 CNC 車床大跨距桁架機械手機身剛度及整機穩定性問題，基于 ABAQUS 模態 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。根據企業要求，優化橫梁 結構，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高經濟效益。
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優化；模態分析；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 坐標系統基礎上 [1]，可以調整零件位置，或者實 現零件的軌跡運動等功能的全自動工業設備 [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，實現自 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。該系統能實現三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產效率， 但由于其桁架機械手縱梁跨度較大，故需要對其 進行桁架結構模態分析，并需要進一步優化結構。
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]。企業要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進行優化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高 經濟效益。
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 軸橫梁產生一定載荷，在此載荷下，機身容易發生變形，需要對對 X 軸橫梁 進行模態分析，優化結構，避免發生共振 [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？
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/區域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據需要劃分線/區域/體積
2. 解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節點位移列表
- 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：
現在我們必須繪制關鍵點。在 Preprocessor >> Modeling >> Create >> In active CS 下創建。
步驟4：
現在我們必須輸入 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：
現在我們已經繪制了關鍵點。我們必須沿著這些關鍵點創建線條。轉到 建模 >> 在激活坐標中>>創建>>線。
步驟10：
現在通過單擊它們來選擇 kepoint，然后單擊其他關鍵點以創建線。創建成員。單擊 OK（確定）。
步驟11：
現在我們必須定義 Element 類型。即 Beam。
展開 教程 - 機械 APDL 中的 2D 桁架分析 （ANSYS） 第 2 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/區域/體積
- 定義元素類型和材料/幾何屬性
- 根據需要
劃分線/區域/體積 2.解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節點位移列表
- 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：
現在我們已經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
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 
【課程設計】非標機械設計——機械手設計
目前，制造業的機械手的種類繁多，關于分類的標準，在國內并無統一的一個說法，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，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的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在規格性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用，驅動系統和控制系統是獨立的。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品種的中小批量自動化的生產。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定位控制系統，可以是點位的，也可以實現連續軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。
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、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，可實現連續軌跡控制，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。
展開 機械制圖的公差與配合及其標注方法，干機械人手一份！
一、公差與配合的概念
（一）零件的互換性
在成批生產進行機器裝配時，要求一批相配合的零件只要按零件 圖要求加工出來，不經任何選擇或修配，任取一對裝配起來,就能達到設計的工作性能要求，零件間的這種性質稱為互換性。零件具有互換性，可給機器裝配、修理帶來方便，也為機器的現代化大生產提供了可性。
（二）公差的有關術語
零件在加工過程中，足球機床精度、刀具磨損、測量誤差等的影響，不可能把零件的尺寸加工得絕對準確。為了保證互換性，必須將零件尺寸的加工誤差限制在一定范圍內，為例，說明公差的有關術語（軸，類同）。
1、基本尺寸
根據零件的強度和結構要求，設計時確定的尺寸。其數值應優先用標準直徑或標準長度。
2、實際尺寸
通過測量所得到的尺寸。
3、極限尺寸
允許尺寸變動的兩個界限值。它是以基本尺寸為基數來確定的。兩個界限值中較大的一個稱為最大極限尺寸；較小的一個稱為最小極限尺寸。
4、尺寸偏差（簡稱偏差）
某一尺寸減去其基本尺寸所得的代數差。尺寸偏差有：
上偏差=最大極限尺寸—基本尺寸
下偏差=最小極限尺寸—基本尺寸
上、下偏差統稱為極限偏差，上、下偏差可以是正值、負值或零。
國家標準規定：孔的上偏差代號為ES，孔的下偏差代號為EI；軸的上偏差代號為es,軸的下偏差代號為ei.
5、尺寸公差（簡稱公差）
允許尺寸的變動量。
尺寸公差=最大極限尺寸—最小極限尺寸=上偏差—下偏差
因為最大極限尺寸總是大于最小極限尺寸，亦即上偏差總是大于下偏差，所以尺寸公差一定為正值。
如圖１a所示的孔徑：
基本尺寸＝?30
最大極限尺寸＝?30.010
最小極限尺寸= ?29.990
上偏差ES=最大極限尺寸—基本尺寸
=30.010
展開 資料分享 I 機器人/機械手模型、SolidWorks機械設計、運動仿真，限時領取！
機械設計根據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，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。
一種機械手
一種機械手
如何選擇機械手末端工具EOAT？
如今的注塑加工企業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（EOAT）。
多關節機械手和柔性的末端工具連接在一起，可以很經濟地進行多種制品的移動操作。
EOAT的選擇
究竟什么樣的末端工具系統（EOAT）才能符合制品和生產的需要呢？通常，為了選擇出最高效的EOAT系統，注塑加工企業首先必須綜合考慮來自維修部門、采購部門和生產部門的意見。同時，他們還應該考慮影響制品脫模的其他因素，具體來說，這些因素是：
1、為了避免制品上出現不必要的斑痕，應考慮對模具做適當的修正，以使制品能夠更方便地被移出。為了使制品容易脫模，通常要求頂銷的形狀要合適，同時，頂銷還必須具有足夠的行程，從而使它能夠向前推動制品。
2、在制品外觀的設計上，通過添加小的倒角以使它更容易脫模。
3、改變材料溫度不僅能使制品的脫模更為容易，而且還可以減少制品脫模后表面出現的斑痕或發生形變的幾率。
在對模具進行最優化的設計和修正以后，還必須了解以下問題：
1、取出制品需要多大的拉力或切力？
2、將制品從模具中取出，再把它放入集裝箱中或放到傳送帶上，機械手可以提供哪些操作？EOAT系統需要配合機械手做哪些補充動作？
3、機械手是否可以觸及到最遠點？
4、是否需要安裝一個延伸臂？
5、機械手上是否有足夠的空氣/真空電路以及電流輸入輸出端，以便它同EOAT相連接？
展開 并聯機械手爪運動學分析 ￥32
2.4.3 基于Robotics Toolbox的工具箱的模型檢測
上文中，我們已經對采摘機器手爪運動學理論模型進行了創建，接下來要用MATLAB軟件中的機器人工具箱對創建好的采摘機器手爪運動學理論模型進行校驗。
2.4.4 對象模型創建
運用MATLAB軟件的Link函數將上文采摘機器手爪已確立的主要參數代入完成整個模型建模。Link函數格式如下：
L=Link([theta,d,a,alpha]) (2.8)
該式中，theata為關節角；d為連桿偏距；a為連桿長度；alpha為連桿轉角。通過表2.7的D-H參數，在MATLAB中編寫的程序如下圖2.8所示：
圖2.8 Link函數程序
采摘機器手爪的運動學仿真模型由該程序代碼在MATLAB軟件中運行得出，其模型如下圖2.9所示：
圖2.9 機械手運動學模型
2.4.5 運動模型驗證
上文已將完成了對采摘機器手爪運動學理論模型的建立。通過設定θ值的大小，可改變機械手姿態和得到對應的末端位置坐標。對采摘機器手爪的運動理論模型驗證是通過理論模型得到與由矩陣計算得到的兩個末端位置進行比較判斷。設定運動模型的起始點和結束點：
代入公式中求得的采摘機器手爪末端位置坐標與采摘機器手爪運動模型的末端位置坐標相等，證明了采摘機器手爪正向運動學求解方程正確，模型姿態如下圖2.10。
（a）起始姿態
（b）結束姿態
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三維模型+word仿真源文件下載見收費內容
展開 沖壓機械手在沖壓加工中應用的優勢
沖壓機械手是一種專門為沖壓自動化而研發的裝置。它模擬工人的取放料的動作，針對現有模具及沖床為基材進行研發。目的就是為了取代工人的工作，沖壓機械手有著效率比工人高，無人看管，連續不知疾勞的特點，成為五金沖壓行業生產必不可少的利器。沖壓機械手能代替人工作業的繁瑣重復勞動以實現生產的機械全自動化，能在不同的環境下高速運作的情況下還能確保人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等企業。沖壓機械手是一種模擬人手操作的自動機械。它可按固定程序抓取、搬運物件或操持工具完成某些特定操作。應用機械手可以代替人從事單調、重復或繁重的體力勞動，實現生產的機械化和自動化，代替人在有害環境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全，有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。
機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。沖壓機械手只需要維護設備正常運行的換模檢修人員及普通的上下料工人，即可以滿足正常的日常生產，而且在物料的上料，最快也就十幾分鐘上一次料，一個工人上三到四臺沖壓線的物料輕而易舉，也就是說，一個原本有二十臺沖床的的工廠，原本需要二十個沖壓工，現在只需要兩到三個人，就能正常運轉。這符合當前的市場經濟特點，因此沖壓機械手正影響著沖壓生產模式。在沖壓機械手自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向，使用沖壓自動化生產線，可以保證五金沖壓件產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。
沖壓機械手在沖壓加工中能夠明顯提高效益，主要表現在以下幾點：
1、使用工業機械手取制品，射出成型機可以無人看守操作，不怕無人或員工請假之顧慮。
2、招高文化人員操作注塑機比較困難，普通生技人員技術性不高，責任心不強，造成生產和管理困難。
展開 
Adams/Flex的機械手模型在Recurdyn中仿真
這個機械手的模型是根據Adams/Flex中的一個例子轉換到Recurdyn中進行仿真的。
圖1中所有零件均為剛體：
圖2中藍色前臂為柔性體：
robot_rigid.rar
robot_Flex.rar
六軸機械臂（帶抓手）運動學分析+軌跡規劃 ￥52
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。
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究.part1.rar
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究.part2.rar
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究.part4.rar
并聯康復治療機械手的設計與仿真研究.part3.rar
當工廠都用了機械手，我們人該何去何從
最常見的汽車生產線車間
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KUKA機器人彈鋼琴
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安川機器人刀法
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ABB機器人打鐵
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四臺發那科機器人焊接
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柳汽車間機器人點焊
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寶馬車間機器人噴涂
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格力機器人裝配空調
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鍛造線上，機器人參與上下料
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美的空調的生產線上，4臺機器人焊接罐件
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生產流水線上，機械手正完成快速準確地抓取工序
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CNC加工中心應用機器人進行自動化上下料
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機器人和機床結合為一體，直接參與機加工
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沖壓(鍛壓)生產線上，幾臺沖壓機器人完成上下料動作
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機器人正在安靜地重復著碼垛的工作
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檢測線上，4臺機器人正交錯完成大型車身的測量與檢測
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裝配機械手
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各種姿勢接東西
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準確抓住手機邊緣
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打臺球
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來源：工業機器人前沿。
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