基于Solidworks和VC++的抛光机器手运动仿真研究

    目前，大部分自由曲面最后的研磨、抛光等光整加工过程，仍主要依靠熟练工人手工操作，不仅费时费力，效率低下，而且产品的加工质量和一致性差，精度低。另外，工业现场的抛光环境比较恶劣，噪声和粉尘严重，影响操作工人的健康。对于大型自由曲面，这种局限性更为明显。这种状况已经成为制约自由曲面高质高效加工的瓶颈。

    笔者针对工业实际中大型抛光工件抛光效率低下这一课题，提出了抛光工件固定，由五自由度机械手带动轴向高速旋转的抛光头的设计方案，并对其进行了运动学分析，采用几何法求解出逆运动方程显式解，用VC++编程计算出空间轨迹的关节变量。运用Adams 2010运动学仿真工具和样条插值轨迹算法，验证了方案的正确性和可行性。

1 运动学建模

    在D-H方法中，用齐次变换来描述各个连杆相对于固定参考系的空间几何关系，从而推导出末端坐标系相对于基坐标系的等价齐次坐标变换矩阵，建立机械手的运动学方程。在每一个连杆上固连一个坐标系，导出相邻连杆间坐标变换矩阵^i-1_iT的一般表达式。

    式(1)中：a_i-1、α_i-1、d_i和θ_i为连杆参数。

    对本文的机器手建立连杆坐标系，如图1所示。

    图1 机械手连杆坐标系

    则可得各连杆参数，见表1。

    利用表1中的连杆参数，便可以根据公式(1)计算出各连杆坐标系的齐次变换矩阵。

    表1 机械臂连杆参数

    因为关节2、3和4是平行的，所以：¹₂T，²₃T和³₄T的乘积用二角和公式将得到一个简化的表达式。

    而且只要两个旋转关节轴平行就可以这样处理，因此得到：

    最终得到机械手的运动学方程：

    2.1 几何法的解析解

    基于对该五自由度机械手的工作特点和实际作业需求的分析，可经过几何法的简化处理，能得到一种解析的运动学描述。对于机械手的运动学方程，一般计算其数值解比计算解析解，要耗费更多的时间。因此几何法的处理，大大简化了机械手运动学的解算过程。