本课题来源于某生产制药设备公司的委托项目,厂家原有的医药灌装机采用凸轮式灌装机构,存在高速灌装时不稳定、无法满足不同装量需求以及清洁不方便等问题。针对以上问题,本文研究设计了一种基于三轴关节机器人结构的新型灌装机构——灌装机械臂。灌装机械臂采用交流伺服电机驱动,与凸轮机构相比结构更加紧凑、能灵活满足不同装量的灌装需求,而且方便进行消毒和灭菌处理,适用于无菌灌装环境。首先,本文对灌装机灌装性能的主要影响因素,即灌装跟踪系统进行研究,分析了灌装跟踪系统各工步中灌装针的运动状态,并在参考原有灌装机构中凸轮轮廓曲线的基础上,规划了灌装针的运动轨迹。然后对灌装机械臂的运动学和动力学特性进行分析,并结合规划的灌装针运动轨迹进行运动学和动力学仿真,将仿真过程中得到的大量设计参数作为机械臂结构设计的参考依据。其次,本文详细阐述了灌装机械臂的结构设计过程。先根据实际的功能需求,进行总体设计,确定大臂和小臂的传动方案。再对机械臂的各个部分分别进行设计,包括肩、肘、腕关节的传动机构以及电机传动机构的设计。本文针对灌装针架如何在运动过程中保持水平的问题,创新地提出了基于钢带传动的方案,并对钢带传动机构中的关键部分如钢带的缠绕方式、张紧装置等进行了研究,提出相应的设计方案。最后,使用MATLAB和ADAMS软件搭建机械臂控制系统的联合仿真平台,对其控制系统进行研究。并使用比例-微分控制策略,实现对各关节的位置角度进行精确控制,使机械臂能够准确地跟踪给定的轨迹曲线。