基于ADAMS的機(jī)器人夾磚專用抓手設(shè)計①

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(皖西學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 六安 237001)

0 引 言

工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在砌墻作業(yè)中，采用機(jī)器人抓取磚塊自動砌墻，能降低勞動強(qiáng)度，提高砌墻效率[1～3]。然而目前的自動砌墻機(jī)器人抓手運行時不夠靈活，導(dǎo)致自動砌墻機(jī)器人難以發(fā)揮應(yīng)有的技術(shù)水平[4]。針對現(xiàn)有機(jī)器人夾磚專用抓手技術(shù)的不足，設(shè)計一種可調(diào)的機(jī)器人夾磚專用抓手，可對不同尺寸的磚塊夾取，且夾磚專用抓手具有一定的柔性，可有效解決抓手與工件匹配的問題。

1 機(jī)器人夾磚專用夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)器人夾磚專用抓手結(jié)構(gòu)如圖1所示，專用抓手包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和調(diào)節(jié)裝置，動力系統(tǒng)通過傳動系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)相連接，動力系統(tǒng)由氣缸驅(qū)動；傳動裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)均通過連桿相連接。

當(dāng)氣缸伸出時，推動桿在滑動桿的滑動桿槽向上滑動，滑動桿底部向內(nèi)側(cè)傾斜推動連桿；

由于支座與連桿連接，連桿運動時可推動夾具末端實現(xiàn)夾持的動作；由于支架與調(diào)節(jié)裝置通過固定螺母進(jìn)行固定，因此兩組夾具末端之間的距離可根據(jù)磚塊的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，且夾磚專用抓手末端具有柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)在機(jī)器人快速移動過程中抓持平穩(wěn)。

1.動力系統(tǒng) 2.傳動系統(tǒng) 3.執(zhí)行系統(tǒng) 4.調(diào)節(jié)裝置

圖1 機(jī)器人夾磚專用抓手結(jié)構(gòu)模型圖

2 主要技術(shù)參數(shù)的確定

2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)自由度的計算

由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)左右兩部分結(jié)構(gòu)完全相同，因此，左執(zhí)行機(jī)構(gòu)或右執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動自由度即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動自由度，圖2為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理圖。

根據(jù)式(1)，可計算。

F=3n-(2pl+ph)

(1)

式中:F為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自由度；n為構(gòu)件數(shù)；pl為低副數(shù)；ph為高副數(shù)。，代入式(1)求得：F=1，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有確定的運動。

同時，為保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計的合理性，根據(jù)平面連桿的設(shè)計原理及條件，計算與確定了專用夾磚抓手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各桿參數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各桿參數(shù)

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)ADAMS運動模型的建立

根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計結(jié)果在Pro/E中建立實體模型，然后導(dǎo)入ADAMS，修改零件名稱[5～6]，添加約束和驅(qū)動見表2，最終的模型見圖3。

表2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的約束明細(xì)

圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)ADAMS仿真模型

2.3 運動仿真及結(jié)果分析

圖4為機(jī)器人夾磚抓手的仿真結(jié)果圖，圖4(a)為機(jī)器人夾磚抓手末端在XOZ面內(nèi)的運動軌跡，由于在仿真是設(shè)置的初始位置為運動分負(fù)方向，所以運動軌跡為“C”字型，仿真結(jié)果與實際夾磚過程中抓手所需的運動軌跡是相符的；圖4(b)和圖4(c)為抓手末端在X、Z方向的運動速度和加速度曲線，運動的速度和加速之間呈現(xiàn)線性關(guān)系，而且速度曲線和加速度曲線都比較平滑，表明抓手末端的運動較為平穩(wěn)。ADAMS的模擬實驗結(jié)果表明，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計合理，能夠滿足機(jī)器人夾磚的運動要求。此外，根據(jù)模擬仿真試驗可知，抓手末端的運動參數(shù)可通過改變動力系統(tǒng)中氣缸推桿的速度實現(xiàn)。

圖4 機(jī)器人夾磚抓手的仿真結(jié)果圖

圖5 機(jī)器人夾磚專用抓手實驗樣機(jī)圖

2.4 實驗驗證

根據(jù)ADAMS運動學(xué)仿真結(jié)果，設(shè)計加工了機(jī)器人夾磚專用抓手實驗樣機(jī)，并進(jìn)行了夾磚實驗，如圖5所示。實驗結(jié)果表明機(jī)器人夾磚專用抓手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計合理，夾磚運動平穩(wěn)，驗了ADAMS仿真的正確性。

3 結(jié) 論

通過對機(jī)器人夾磚專用抓手的工作原理以及結(jié)構(gòu)的分析，確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)中各桿參數(shù)以及夾磚抓手的主要技術(shù)參數(shù)，建立了一種機(jī)器人夾磚專用抓手的虛擬樣機(jī)，創(chuàng)建了執(zhí)行機(jī)構(gòu) ADAMS仿真模型，通過ADAMS運動學(xué)仿真實驗和樣機(jī)實驗，驗證了執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計的正確性，為夾磚專用抓手的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與制造提供了參考與依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張輝，萬芳，白錦洋，等．基于Matlab與ADAMS聯(lián)合仿真的ABS系統(tǒng)分析[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2017,35(5):742-744.

[2] 劉長青.基于機(jī)床夾具的加工精度分析[J].荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007，22(12):14-17.

[3] 劉瓊，李康，許文雷，等．一種機(jī)器人夾磚專用抓手：中國，201720837273.0[P]．2017.7.11.

[4] 肖繼德, 陳寧平．機(jī)床夾具設(shè)計[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5] 鄭艷，王成軍，等．雙刀交替式連續(xù)剁餡機(jī)的設(shè)計[J]．食品與機(jī)械，2016，32(10):94-96.

[6] 梁爽，印雪梅，王華．基于ADAMS的靜葉聯(lián)調(diào)機(jī)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計[J]．航空發(fā)動機(jī)，2016,42(1):65-69.