1.3機(jī)械手臂的三維建模
   
    采用新的行走底盤后，原有的機(jī)械手臂變化較大，但主要是結(jié)構(gòu)卜的變化。原來的機(jī)械手臂是具有六自由度的單臂開鏈?zhǔn)搅B桿機(jī)構(gòu)，而現(xiàn)在的工作裝置則是由運(yùn)動相互獨立的連桿工作裝置和動臂舉升工作裝置兩部分構(gòu)成，可看作是反轉(zhuǎn)的六連桿機(jī)構(gòu)，因此，按照設(shè)計要求，去掉原有鏟斗后，將控制鏟斗的轉(zhuǎn)斗液壓缸作了調(diào)整，使之成為正轉(zhuǎn)的六連桿機(jī)構(gòu)，并增加了新的連接桿、支撐架和連接頭(三者構(gòu)成機(jī)器人手腕部分)。在完成裝配后，通過鼠標(biāo)拖動各機(jī)械臂觀察各自的活動性能，初步證實其活動自由度能夠滿足伐根清理機(jī)器人對機(jī)械手臂控制功能的基本要求。設(shè)計建模過程中，為保證今后生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，原來的前車架、動臂、動臂液壓缸和轉(zhuǎn)斗液壓缸均未改動，只有搖臂和拉桿根據(jù)伐根清理機(jī)器人的控制要求作了修改，其活動和控制能力將在虛擬仿真過程中加以驗證。改進(jìn)后的機(jī)械手臂總裝效果圖見圖3。

    
    1.4機(jī)器人模型的整體總裝
   
    完成各部分主要裝配體的裝配后，在軟件平臺上建立一個單獨的裝配體文件，以底盤裝配體為主體先行插入固定不動，然后依次插入機(jī)器人機(jī)械手臂工作裝置裝配體和伐根清理機(jī)器人裝配體，同時調(diào)整好各部分的位置和姿態(tài)，使之處于工作初始狀態(tài)(行駛狀態(tài))。
   
    對于要求具有活動能力的連接處，利用標(biāo)準(zhǔn)件建立相應(yīng)的連接銷軸，單獨進(jìn)行配合裝配，裝配時嚴(yán)格要求軸孔的同心度，否則無法實現(xiàn)仿真運(yùn)動，同時這也是對整個機(jī)構(gòu)設(shè)計的檢驗過程。如果尺寸設(shè)汁不合理，零部件之間將會配合不上或因相互約束而被定義鎖死，這與采用物理樣機(jī)試驗所產(chǎn)生的結(jié)果基本吻合，由此也就避免了物理樣機(jī)試驗造成的材料和時間的浪費(fèi)。經(jīng)裝配調(diào)整后。新的伐根清理機(jī)器人整體建模效果圖如圖4所示。

    
    2伐根清理機(jī)器人整體工作裝置的虛擬運(yùn)動仿真
   
    工作裝置的運(yùn)動仿真主要是指模擬工作裝置的每一運(yùn)動時刻，其各個機(jī)構(gòu)根據(jù)幾何約束關(guān)系，呈現(xiàn)在空間的位置及狀態(tài)，由此驗證其設(shè)計的合理性。COSMOSMotion2006軟件是與SolidWorks軟件無縫集成的CAE應(yīng)用插件，是一個全功能運(yùn)動仿真軟件。其可用于建立運(yùn)動機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤零件的運(yùn)動軌跡，分析機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力和力矩等，并可用動畫、圖形、表格等多種形式輸出結(jié)果，其分析結(jié)果可指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)整零件的材料。設(shè)計的更改可以實時地反映到裝配體模型中，重新進(jìn)行分析后再進(jìn)行修改，直至確定最終的優(yōu)化方案。
   
    伐根清理機(jī)器人工作裝置的運(yùn)動是由動臂液壓缸和機(jī)器人手腕液壓缸(原轉(zhuǎn)斗液壓缸)分別馭動的，按照伐根清理機(jī)器人的工作要求，機(jī)器人的工作分行駛、抓根、旋切進(jìn)給和拔根提起四個主要狀態(tài)。其運(yùn)動仿真原理為:設(shè)l、m分別為動臂液壓缸伸縮臂和機(jī)械手腕液壓缸伸縮臂的移動距離，與裝載機(jī)初始狀態(tài)不同的是，初始狀態(tài)下動臂是處于提升狀態(tài)的，原因是機(jī)器人的高度要遠(yuǎn)大于鏟斗的高度，所以機(jī)器人的底部應(yīng)離開地面一定的距離，以避免行駛時碰到障礙物。依據(jù)機(jī)器人的工作狀態(tài)來設(shè)定l、m變化值，以0為界，大于0時代表液壓臂伸出，小于0時則代表其收回。實際工作中l(wèi)是隨m變化的，即動臂和機(jī)械手臂是聯(lián)動的，聯(lián)動的原則是機(jī)器人的中軸線必須與伐根的中軸線重合，這樣才能保證旋切筒能夠準(zhǔn)確地罩在伐根上。l變化改變的是機(jī)器人的垂直高度，m變化改變的則是機(jī)器人中軸線與伐根中軸線的角度。按照以上原理，機(jī)器人的分解運(yùn)動仿真設(shè)定原則如下(以伐根所在地表為水平地面為例)。