桁架机械手的动态特性分析

桁架机械手选用龙门式结构，由Y向横梁与导轨、Z向滑枕、十字滑座、立柱、过渡连接板和基座等部分组成，Y轴和Z轴皆选用滚轮导轨和齿轮齿条传动系统，并安装在高强度的铝型材基础上。该桁架机械手的主要技术参数如下：

桁架机械手结构组成

(1)行程: Y轴: 8000mm; Z轴: 1000mm

(2)移动速度: Y轴:120m/min; Z轴: 60m/min

(3)加速度: Y轴: 4m/s2 ; Z轴: 2.6m/s2

(4)抓取质量: 105kg

桁架机械手的工作状态和使用寿命同其结构的动态特性有很大的关系，因此有必要对其进行详细的动态特性剖析。动态特性的理论剖析和试验研究，选用的主要办法是模态剖析法，包含如下三大部分：

静刚度剖析

静刚度是衡量桁架机械手功能好坏的一个重要指标。根据上图中的桁架机械手的结构来判断，当滑枕沿竖直方向移动到下端时，其伸出量大，此刻变形也大，所以整机的静刚度剖析选择此刻机械手的方位来计算，可计算出滑枕下端沿各个轴向的静位移量：

X轴向：0.210mm

Y轴向：0.190mm

Z轴向：0.010mm

由计算结果可知，整个组织在X方向的变形量大，刚度较弱，这是因为滑枕承载时，横梁产生了歪曲变形所造成的。一起滑枕也是该机械手静刚度的薄弱环节，能够选用加强筋或增加滑枕铝型材的壁厚等措施来提高静刚度。

模态剖析

模态剖析用于承认结构的固有频率和振型，其作用不只是为了避免各机械零件和结构在工作时产生共振，并且是剖析结构动态响应和其它动力特性的基础。比如横梁水平方向的曲折振荡和横梁的扭矩变形的模态剖析：

桁架机械手横梁曲折振荡桁架机械手横梁扭矩变形

根据上述模态剖析图可进行剖析，横梁较低的曲折刚度给系统动态特性带来的影响大。因为十字滑座和滑枕随着横梁一起振荡和歪曲，将影响安装在滑枕下端机械手部的定位精度，导致机械手在上下料时产生较大的误差，从而影响工件在机床上的准承认位。此外，横梁的曲折变形和歪曲变形直接影响固定在横梁上的导轨的直线度和平行度，也对机械手的定位精度产生影响。

频响应剖析

模态剖析可得到桁架机械手的模态振型，但这仅表示机械手各部位的相对振荡状况，如果把外力鼓励再考虑进去，就可承认各阶模态振型对整机振荡作用的巨细，因此对桁架机械手进行频响应特性剖析就能更清楚的看出机械手在动态载荷下的抗振功能。移动部件沿横梁导轨的频繁启停以及滑枕的上下往复运动都简单引起共振，因而整个机械手控制系统的规划应尽量避免共振的产生，防止因为机械手的滑枕振荡过大而导致装卸工件时定位不准确。