辛鸣
摘 要：本文运用连杆机构理论，设计了一种基于连杆机构的实用的机械手，运用SolidWorks軟件建立机械手的模型。通过在ADAMS环境下添加约束和运动，完成机械手的运动学仿真，获得机械手末端执行器的位移和速度的运动曲线，该研究为机械手的设计提供了依据。
关键词：连杆机构 机械手 运动仿真
中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0115-02
机械手是一种能够模拟人体上肢运动的多自由度的空间运动机械[1]，采用串联机构由一系列杆件通过各种关节连接而成的运动链，具有很高的运动灵活性[2，3]。机械手的运动学分析对于机械手的性能研究非常重要，求解机械手的运动学通常采用理论的数值计算和仿真分析两种方法。而对于机械手研究的初学者来说，想要观察其机械手各关节的速度、加速度等随时间变化的曲线，借助于计算机辅助的仿真分析方法能够快速便捷地解决机械手运动学的求解问题。
1 机械手的设计
本文提出一种基于连杆机构的机械手，该机械手能实现肩关节、肘关节和腕关节的运动，机械手的虚拟样机见图1所示。
2 机械手的运动学仿真分析
机构的运动学仿真是通过运动仿真软件ADAMS进行仿真模拟[4]，验证模型的正确性。本文运用ADAMS仿真软件，模拟在给定机械手各驱动电机的转动角度曲线，求解机械手末端的位移和速度等。
将SolidWorks建模的机械手导入到Adams软件中，添加机构的约束和电机的驱动函数，其电机的驱动函数采用step函数，分别如下所示。
电机1：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 150d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -200d）；
电机2：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -50d）；
电机3：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 30d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；
电机4：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 40d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -20d）；
电机5：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 15d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -30d）；
电机6：STEP（ time ， 0 ， 0d ， 1 ， 10d ）+STEP（ time ，1 ， 0d ， 2， -10d）
通过Adams软件的仿真分析，得到机械手末端构件6位移和速度曲线如图2和图3所示。
从图2和图3的仿真结果可以看出，机械手在运动过程中末端执行器的位移变化平缓，Z方向的位移变化范围最大；速度轨迹运动曲线光滑，没有跳点，机械手的速度曲线中开始和结束的速度都为零，速度曲线中Z方向的变化范围大，X方向的变化最小。
3 结语
本文在ADAMS/View环境下，对基于连杆机构的机械手虚拟样机进行了运动学的仿真，得到了机械手末端执行器的位移和速度仿真曲线，仿真结果表明机构运行过程中运动平滑，无跳点，符合了机械手的设计要求，验证了该机构的合理性。本文的研究对机械手的设计和优化具有一定的参考价值。
参考文献
[1]肖丽萍，蔡金平，杨红飞.一种空间多自由度机械手的优化设计及动态模拟[J].机械工程与自动化，2012，174（5）：6-8.
[2]赵献丹，何庆中，刘明，等.3-6自由度串联机械手工作空间放置程序研究[J].现代制造技术与装备，2010（4）：38-40.
[3]赵辉，吕奇杰.基于六自由度机械手上下料的运动分析[J].科技创新导报，2015（14）：140-142.
[4]王学忠，王鹏，王国明.基于Adams/view六自由度串联机器人运动学仿真[J].数字技术与应用，2012（2）：73-74.endprint
