基于机器视觉的面粉袋码垛机器人研究中手爪运动学仿真分析（上）

3.4码垛机器人手爪运动学仿真分析

3.4.1仿真软件简介

SolidWorks Motion是一个虚拟运动仿真工具，它能够与SolidWorks直接连接，并且获得了在工业动态仿真分析中处于领导位置的ADAMS软件团队的技术支持。能够用于机械系统的运动学和动力学仿真分析，从而得出各机构的运动规律，如位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。SolidWorks Motion可以帮助设计师在设计阶段确定设计是否达到了预期目标，从而降低成本，提高试验效率，对产品的设计具有重要的参考和指导价值。

3.4.2仿真条件设置

(1)初始设置

由于SolidWorks Motion与SolidWorks软件是无缝连接的，所以不需要重新为机构添加约束，减轻了很多工作量。只需设置文档的属性和重力条件，设置长度单位为毫米，力的单位为牛顿。重力大小为9.8N/m2，重力方向取模型中Y轴的负方向。

(2)仿真时间设定

拾取手爪完成抓取的时间直接影响着搬运码垛的效率，但过快的运行速度会使面粉袋受到大的冲击，造成面粉袋的损伤和抓取的不可靠。综合气缸的执行速度等因素，将仿真时间设置为1秒钟。

(2)添加驱动马达

气缸的伸缩运动近似为直线运动，所以添加两个匀速线性马达。系统的仿真时间为1秒，气缸的行程为40mm，所以设置线性马达的速度为40mm/s。如图3.10中红色箭头所示。

(2)添加摩擦和外部作用力

各运动副在运动过程中会有摩擦，为了使仿真结果更接近实际运动情况，需要在主要关节处添加摩擦系数，其中轴承的摩擦系数设为0.05，其它关节摩擦系数设为0.1。

夹持手指所受的外部作用力为面粉袋的阻力，并且该力随着夹持手指的运动是变化的，为了保证结构的安全可靠，将这个变化的阻力转变为固定的最大力，该力为面粉袋的重力245N，平均分配到夹持手指末端四个辊轴上，力的作用点为辊轴中心，方向沿拾取手指连接臂的方向，其方向也是随着运动而变化。其加载情况如图3.10所示。

3.4.3运算求解及结果分析

在面粉袋的抓取夹持过程中，主要是由夹持手指末端的辊轴与面粉袋接触，并对面粉袋产生作用，所以重点对辊轴的位移、速度、加速度等参数进行分析，以检验是否满足抓取要求，运行该运动算例，创建各参数图解如下所示。

两个夹持手指末端辊轴之间的水平距离随时间的变化曲线如图3.11所示。

码垛机器人由上图可知拾取手爪完个张开时，最大距离为394mm,超过面粉袋的宽度320mm,能够保证面粉袋在手爪之内。当手爪完全合拢时，辊轴问距离最小为88mm，也弄够保证而粉袋不至于滑落出手爪。另外，由图还可知大约0.25秒时，夹持手指刚接触到面粉袋。