半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)末端執(zhí)行器設(shè)計

楊清

摘要：提出了一種用于半球體零件的轉(zhuǎn)運(yùn)問題的以真空吸盤吸附方式為主的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器，并運(yùn)用Unigraphics NX進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維模型的建立，對關(guān)鍵零部件在Altair Inspire軟件中進(jìn)行了靜力學(xué)分析，通過設(shè)計了多吸盤吸附方式和防跌落手爪配合使用的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到工作過程更高的安全性。

關(guān)鍵詞：末端執(zhí)行器;真空吸附;半球體零件;靜力學(xué)分析

0 ?引言

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，我國工業(yè)機(jī)器人的使用越發(fā)普及[1]，越來越多的行業(yè)使用工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人對比工人操作擁有更高的生產(chǎn)效率和工作安全性[2]。但工業(yè)機(jī)器人在抓取和搬運(yùn)零件時，很大程度上需要根據(jù)待抓取的零件的外形形狀進(jìn)行特殊的定制。而且現(xiàn)有的搬運(yùn)工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器多為剛性抓取裝置，較容易損壞抓取零件，且抓取位置比較受限，大多數(shù)是多面夾取或地面拖取[3]，對于半球體零件的搬運(yùn)方案比較少，基于此筆者設(shè)計了一種半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)末端執(zhí)行器，對于一定尺寸范圍的半球體零件都可以進(jìn)行抓取，因為運(yùn)用了真空吸盤的柔性抓取，所以在抓取過程中也不會傷到半球體零件的表面，還可以通過更換不同尺寸的配件以適應(yīng)于不同大小的半球體零件的搬運(yùn)，可以滿足生產(chǎn)的現(xiàn)代工廠生產(chǎn)的高效性。

1 ?機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整體機(jī)構(gòu)設(shè)計

針對半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)問題，設(shè)計的末端執(zhí)行器如圖1快換接頭用于與工業(yè)機(jī)器人更快速的連接;運(yùn)動驅(qū)動模塊由3個標(biāo)準(zhǔn)氣缸驅(qū)動，其中1號氣缸為吸盤模塊的驅(qū)動源，負(fù)責(zé)驅(qū)動吸盤模塊在豎直方向上移動;2號氣缸和3號氣缸為防護(hù)模塊的驅(qū)動源，負(fù)責(zé)同步驅(qū)動防護(hù)模塊工作;吸盤模塊為吸盤架與吸盤共同組成，負(fù)責(zé)吸附半球體零件;防護(hù)模塊有一個連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，負(fù)責(zé)在吸附模塊吸附后防止半球體零件掉落，加強(qiáng)安全性。

當(dāng)吸附模塊吸附半球體零件后，在1號氣缸的驅(qū)動下離開初始放置點(diǎn)表面后，2號氣缸與3號氣缸工作，將防護(hù)模塊的防跌落手爪拉回工作位置，防止半球體零件跌落。如圖2。

1.2 吸附模塊設(shè)計

在吸盤模塊的設(shè)計上，因為半球體零件的吸附不同于吸盤常規(guī)使用中的水平吸附方式，所以對吸盤在常規(guī)的吸盤使用中，吸盤一般是用于表面平整、且水平放置的物體，常規(guī)使用條件下，吸盤的吸附力公式見式（1）。

2 ?關(guān)鍵部件分析

使用Altair Inspire，對設(shè)計的半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)末端執(zhí)行器的防護(hù)模塊進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析如果防護(hù)模塊的防跌落手爪在受到不同的力時的最大應(yīng)力與最大位移量變化，對防護(hù)模塊的防跌落手爪施加了不同的均布力進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如表1，其中第8次的靜力學(xué)分析圖如圖4與圖5所示。

通過在Altair Inspire中對防護(hù)模塊的靜力學(xué)分析后，可以得到結(jié)論，防護(hù)模塊的防跌落手爪是切實有效的，對制造防護(hù)模塊的材料選擇提供了理論指導(dǎo)。

3 ?結(jié)論

設(shè)計了一種可以適應(yīng)于一定尺寸范圍的半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器，得到了用于吸附半球體零件吸盤設(shè)計原理，用過靜力學(xué)分析了防護(hù)模塊在工作時的變化。這種半球體零件轉(zhuǎn)運(yùn)末端執(zhí)行器可以有效的提高半球體零件的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，且能保證其轉(zhuǎn)運(yùn)過程的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]計時鳴，黃希歡.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機(jī)電工程，2015，32（1）：1-13.

[2]王田苗，陶永.我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報，2014（09）：7-19.

[3]苗登雨，周新，張志偉，等.真空吸盤式多功能抓取裝置的設(shè)計[J].包裝與食品機(jī)械，2016（6）.