基于SolidWorks的伐根清理机器人虚拟设计与运动仿真

    1.3机械手臂的三维建模
   
    采用新的行走底盘后，原有的机械手臂变化较大，但主要是结构卜的变化。原来的机械手臂是具有六自由度的单臂开链式六连杆机构，而现在的工作装置则是由运动相互独立的连杆工作装置和动臂举升工作装置两部分构成，可看作是反转的六连杆机构，因此，按照设计要求，去掉原有铲斗后，将控制铲斗的转斗液压缸作了调整，使之成为正转的六连杆机构，并增加了新的连接杆、支撑架和连接头(三者构成机器人手腕部分)。在完成装配后，通过鼠标拖动各机械臂观察各自的活动性能，初步证实其活动自由度能够满足伐根清理机器人对机械手臂控制功能的基本要求。设计建模过程中，为保证今后生产的经济性，原来的前车架、动臂、动臂液压缸和转斗液压缸均未改动，只有摇臂和拉杆根据伐根清理机器人的控制要求作了修改，其活动和控制能力将在虚拟仿真过程中加以验证。改进后的机械手臂总装效果图见图3。

    
    1.4机器人模型的整体总装
   
    完成各部分主要装配体的装配后，在软件平台上建立一个单独的装配体文件，以底盘装配体为主体先行插入固定不动，然后依次插入机器人机械手臂工作装置装配体和伐根清理机器人装配体，同时调整好各部分的位置和姿态，使之处于工作初始状态(行驶状态)。
   
    对于要求具有活动能力的连接处，利用标准件建立相应的连接销轴，单独进行配合装配，装配时严格要求轴孔的同心度，否则无法实现仿真运动，同时这也是对整个机构设计的检验过程。如果尺寸设汁不合理，零部件之间将会配合不上或因相互约束而被定义锁死，这与采用物理样机试验所产生的结果基本吻合，由此也就避免了物理样机试验造成的材料和时间的浪费。经装配调整后。新的伐根清理机器人整体建模效果图如图4所示。

    
    2伐根清理机器人整体工作装置的虚拟运动仿真
   
    工作装置的运动仿真主要是指模拟工作装置的每一运动时刻，其各个机构根据几何约束关系，呈现在空间的位置及状态，由此验证其设计的合理性。COSMOSMotion2006软件是与SolidWorks软件无缝集成的CAE应用插件，是一个全功能运动仿真软件。其可用于建立运动机构模型，进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、加速度、作用力和力矩等，并可用动画、图形、表格等多种形式输出结果，其分析结果可指导修改零件的结构设计和调整零件的材料。设计的更改可以实时地反映到装配体模型中，重新进行分析后再进行修改，直至确定最终的优化方案。
   
    伐根清理机器人工作装置的运动是由动臂液压缸和机器人手腕液压缸(原转斗液压缸)分别驭动的，按照伐根清理机器人的工作要求，机器人的工作分行驶、抓根、旋切进给和拔根提起四个主要状态。其运动仿真原理为:设l、m分别为动臂液压缸伸缩臂和机械手腕液压缸伸缩臂的移动距离，与装载机初始状态不同的是，初始状态下动臂是处于提升状态的，原因是机器人的高度要远大于铲斗的高度，所以机器人的底部应离开地面一定的距离，以避免行驶时碰到障碍物。依据机器人的工作状态来设定l、m变化值，以0为界，大于0时代表液压臂伸出，小于0时则代表其收回。实际工作中l是随m变化的，即动臂和机械手臂是联动的，联动的原则是机器人的中轴线必须与伐根的中轴线重合，这样才能保证旋切筒能够准确地罩在伐根上。l变化改变的是机器人的垂直高度，m变化改变的则是机器人中轴线与伐根中轴线的角度。按照以上原理，机器人的分解运动仿真设定原则如下(以伐根所在地表为水平地面为例)。