柔性真空吸頂式多功能捕獲裝置的設(shè)計(jì)

柔性真空吸頂式多功能捕獲裝置的設(shè)計(jì)

0汽車虛擬生產(chǎn)線隨著勞動(dòng)力成本的增加，自動(dòng)工業(yè)設(shè)備在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。其中，工業(yè)機(jī)械技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的理想工具，具有穩(wěn)定的性能、寬的適應(yīng)性和高效率。與人相比,機(jī)械手可以在有毒、有害、危險(xiǎn)的環(huán)境下連續(xù)工作,比如焊接、噴漆等;也可以完成頻繁、單調(diào)、重復(fù)的勞動(dòng)、比如上下料、搬運(yùn)等柔而有彈性的吸盤可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運(yùn)功能,并確保不損壞其作用對(duì)象?，F(xiàn)有的吸盤機(jī)械手只能對(duì)形狀比較簡單規(guī)則零件進(jìn)行搬運(yùn)放置,因?yàn)椴ＡО迨枪饣钠矫?所以這種吸盤機(jī)械手主臂只需要1~2自由度安裝多個(gè)吸盤頭就能滿足工作要求,比如最常用的盤式機(jī)械手只使用在對(duì)玻璃板的夾取和搬運(yùn)。但在汽車焊裝生產(chǎn)線中,白車身是有很多薄板件組合而成并且形狀不規(guī)則,對(duì)吸盤機(jī)械手要求更復(fù)雜且需要更多的自由度,多自由度吸盤機(jī)械手將成為焊裝生產(chǎn)線上設(shè)備制造研究的重點(diǎn)。本文研究的龍門架懸掛式吸盤機(jī)械手主要通過四個(gè)多自由度的吸盤機(jī)械手和兩個(gè)輔助吸盤機(jī)械手對(duì)零件的搬運(yùn),不僅滿足對(duì)不規(guī)則零件搬運(yùn)要求,而且擁有超大行程、高負(fù)載、高效率,簡單經(jīng)濟(jì)、壽命長等特點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景1盤盤機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)吸盤機(jī)械手采用懸掛式結(jié)構(gòu)安裝于龍門架上,沿著三個(gè)相互獨(dú)立垂直的坐標(biāo)軸(即X軸、Y軸、Z軸)運(yùn)動(dòng),最終使吸盤機(jī)械手到達(dá)設(shè)定的位置,該機(jī)械手適用于物品長距離的搬運(yùn)、抓取。電控箱獨(dú)立設(shè)計(jì),與機(jī)械手分離,操作方便。圖1為吸盤機(jī)械手搬運(yùn)零件工作原理圖,圖2為龍門架懸掛式裝吸盤機(jī)械手示意圖。在SolidWorks中建立三維模型,圖4四臂吸盤機(jī)械臂模型。每個(gè)吸盤機(jī)械臂有五個(gè)自由度,前兩個(gè)關(guān)節(jié)(轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)序號(hào)1和移動(dòng)關(guān)節(jié)序號(hào)2)屬于聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),根據(jù)被抓取零件的尺寸快速調(diào)整機(jī)構(gòu)的空間位置,其中轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)1為四個(gè)吸盤機(jī)械臂的共同關(guān)節(jié),移動(dòng)關(guān)節(jié)2為兩兩吸盤對(duì)稱移動(dòng)自由度,后三個(gè)自由度(序號(hào)3、4、5)屬于獨(dú)立的自由度用于調(diào)整不規(guī)則零件被吸持位置也稱定位點(diǎn)的位置。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)序號(hào)5工作,能使末端吸盤達(dá)到前后水平位置,極大的提高了吸盤工作空間。序號(hào)6為真空吸盤機(jī)構(gòu)。圖3為吸盤機(jī)械臂的局部放大圖,其中吸盤機(jī)械臂采用模塊化設(shè)計(jì)2臂盤盤機(jī)構(gòu)的建立吸盤機(jī)械臂有四個(gè)軸對(duì)稱吸盤小臂組成,只需分析一組機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)。吸盤機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)就是建立在各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器(即末端吸盤)的空間位姿之間的關(guān)系,為系統(tǒng)的控制提供分析的手段和方法?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)建立各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù),其機(jī)構(gòu)簡圖如圖5所示。由于四臂吸盤機(jī)器手采用相同的結(jié)構(gòu)布局,故只需要分析單臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)即可。由于圖形5機(jī)構(gòu)緊湊,圖中只標(biāo)注左1臂初始位形的的參數(shù)。已知S是基礎(chǔ)坐標(biāo)系,T是末端工具坐標(biāo)系,從基礎(chǔ)坐標(biāo)系開始對(duì)各桿件和關(guān)節(jié)編號(hào),各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)由位于各關(guān)節(jié)軸線對(duì)于機(jī)器人的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)i有對(duì)于機(jī)器人各個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)i有同理其他三只機(jī)械手初始位形和同一個(gè)慣性坐標(biāo)系,可以得出吸盤末端點(diǎn)的位姿。3工作區(qū)通過仿真圖6(a)可得單臂吸盤機(jī)械臂在4matlab仿真利用ADAMS對(duì)吸盤機(jī)械手進(jìn)行虛擬仿真測試,能夠快速的查找問題,發(fā)現(xiàn)問題,能避免吸盤機(jī)械手在制造過程中出現(xiàn)不必要的問題。吸盤機(jī)械手由四個(gè)小機(jī)械手組成,前后左右機(jī)構(gòu)對(duì)稱,相互配合工作。在導(dǎo)入ADAMS中在不影響結(jié)果的前提下在進(jìn)行適當(dāng)簡化,圖7所示為簡化流程圖。將吸盤機(jī)械手模型導(dǎo)入ADAMS中,如圖8所示,導(dǎo)入后對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行重新命名,設(shè)置相應(yīng)的材料屬性,賦予質(zhì)量,對(duì)吸盤機(jī)械手相應(yīng)的關(guān)節(jié)施加運(yùn)動(dòng)副,然后對(duì)每個(gè)關(guān)節(jié)施加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù),完成相應(yīng)的動(dòng)作,得出吸盤機(jī)械手運(yùn)動(dòng)曲線。由于吸盤機(jī)械手是軸對(duì)稱模型,以其中一個(gè)吸盤機(jī)械手為分析對(duì)象,其他機(jī)械臂通過ADAMS布爾操作合成一體,再刪減不需要的零件。然后對(duì)其分析,根據(jù)吸盤機(jī)械手的參數(shù)和基本設(shè)計(jì)指數(shù)對(duì)虛擬樣機(jī)中一個(gè)臂進(jìn)行仿真可以得出吸盤機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)及軌跡曲線。在吸盤機(jī)械手單條機(jī)械手五個(gè)關(guān)節(jié),根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式,輸入STEP驅(qū)動(dòng)函數(shù),如下:在單吸盤機(jī)械手的仿真過程中,對(duì)末端吸盤標(biāo)記mark點(diǎn)進(jìn)行軌跡繪制從而得出單吸盤機(jī)械手在空間內(nèi)理論工作區(qū)域如圖9所示。在仿真完成后,按F8進(jìn)入ADAMS/POSTPROSS界面對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,如圖11所示為末端吸盤標(biāo)記點(diǎn)的XYZ三個(gè)方向的位置曲線輸出測量值,圖10為單吸盤機(jī)械臂每個(gè)關(guān)節(jié)的角度曲線輸出測量值。由圖11仿真結(jié)果可知在單吸盤機(jī)械手旋轉(zhuǎn)360度過程中,若以初始時(shí)刻吸盤為0位置,則吸盤能向前最大1.741m,向后最大0.879m,與吸盤機(jī)械手在MATLAB仿真中的位形空間尺寸極其吻合。從而驗(yàn)證了建立運(yùn)動(dòng)學(xué)的正確性。由圖10關(guān)節(jié)角度運(yùn)動(dòng)曲線可知,在給定的驅(qū)動(dòng)要求下,單吸盤機(jī)械手具有相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)形式,符合設(shè)計(jì)者的要求。5建立工作空間以自行設(shè)計(jì)的吸盤機(jī)械手為研究對(duì)象,首先以旋量坐標(biāo)確定各個(gè)關(guān)節(jié)參數(shù),求解運(yùn)動(dòng)學(xué)正解,然后在MATLAB中編程繪制單只吸盤機(jī)械手的工作空間,分