柔性真空吸頂式多功能捕獲裝置的設計

柔性真空吸頂式多功能捕獲裝置的設計

0汽車虛擬生產線隨著勞動力成本的增加，自動工業(yè)設備在許多領域的應用越來越廣泛。其中，工業(yè)機械技術是工業(yè)自動化生產的理想工具，具有穩(wěn)定的性能、寬的適應性和高效率。與人相比,機械手可以在有毒、有害、危險的環(huán)境下連續(xù)工作,比如焊接、噴漆等;也可以完成頻繁、單調、重復的勞動、比如上下料、搬運等柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能,并確保不損壞其作用對象。現有的吸盤機械手只能對形狀比較簡單規(guī)則零件進行搬運放置,因為玻璃板是光滑的平面,所以這種吸盤機械手主臂只需要1~2自由度安裝多個吸盤頭就能滿足工作要求,比如最常用的盤式機械手只使用在對玻璃板的夾取和搬運。但在汽車焊裝生產線中,白車身是有很多薄板件組合而成并且形狀不規(guī)則,對吸盤機械手要求更復雜且需要更多的自由度,多自由度吸盤機械手將成為焊裝生產線上設備制造研究的重點。本文研究的龍門架懸掛式吸盤機械手主要通過四個多自由度的吸盤機械手和兩個輔助吸盤機械手對零件的搬運,不僅滿足對不規(guī)則零件搬運要求,而且擁有超大行程、高負載、高效率,簡單經濟、壽命長等特點,具有廣闊的應用前景1盤盤機械機構設計吸盤機械手采用懸掛式結構安裝于龍門架上,沿著三個相互獨立垂直的坐標軸(即X軸、Y軸、Z軸)運動,最終使吸盤機械手到達設定的位置,該機械手適用于物品長距離的搬運、抓取。電控箱獨立設計,與機械手分離,操作方便。圖1為吸盤機械手搬運零件工作原理圖,圖2為龍門架懸掛式裝吸盤機械手示意圖。在SolidWorks中建立三維模型,圖4四臂吸盤機械臂模型。每個吸盤機械臂有五個自由度,前兩個關節(jié)(轉動關節(jié)序號1和移動關節(jié)序號2)屬于聯動機構,根據被抓取零件的尺寸快速調整機構的空間位置,其中轉動關節(jié)1為四個吸盤機械臂的共同關節(jié),移動關節(jié)2為兩兩吸盤對稱移動自由度,后三個自由度(序號3、4、5)屬于獨立的自由度用于調整不規(guī)則零件被吸持位置也稱定位點的位置。伺服電機驅動雙搖桿機構帶動轉動關節(jié)序號5工作,能使末端吸盤達到前后水平位置,極大的提高了吸盤工作空間。序號6為真空吸盤機構。圖3為吸盤機械臂的局部放大圖,其中吸盤機械臂采用模塊化設計2臂盤盤機構的建立吸盤機械臂有四個軸對稱吸盤小臂組成,只需分析一組機械臂運動學。吸盤機械臂運動學就是建立在各個運動關節(jié)和末端執(zhí)行器(即末端吸盤)的空間位姿之間的關系,為系統(tǒng)的控制提供分析的手段和方法。基于上述結構建立各關節(jié)運動參數,其機構簡圖如圖5所示。由于四臂吸盤機器手采用相同的結構布局,故只需要分析單臂的運動學即可。由于圖形5機構緊湊,圖中只標注左1臂初始位形的的參數。已知S是基礎坐標系,T是末端工具坐標系,從基礎坐標系開始對各桿件和關節(jié)編號,各關節(jié)的運動由位于各關節(jié)軸線對于機器人的各個轉動關節(jié)i有對于機器人各個移動關節(jié)i有同理其他三只機械手初始位形和同一個慣性坐標系,可以得出吸盤末端點的位姿。3工作區(qū)通過仿真圖6(a)可得單臂吸盤機械臂在4matlab仿真利用ADAMS對吸盤機械手進行虛擬仿真測試,能夠快速的查找問題,發(fā)現問題,能避免吸盤機械手在制造過程中出現不必要的問題。吸盤機械手由四個小機械手組成,前后左右機構對稱,相互配合工作。在導入ADAMS中在不影響結果的前提下在進行適當簡化,圖7所示為簡化流程圖。將吸盤機械手模型導入ADAMS中,如圖8所示,導入后對各個零件進行重新命名,設置相應的材料屬性,賦予質量,對吸盤機械手相應的關節(jié)施加運動副,然后對每個關節(jié)施加相應的驅動函數,完成相應的動作,得出吸盤機械手運動曲線。由于吸盤機械手是軸對稱模型,以其中一個吸盤機械手為分析對象,其他機械臂通過ADAMS布爾操作合成一體,再刪減不需要的零件。然后對其分析,根據吸盤機械手的參數和基本設計指數對虛擬樣機中一個臂進行仿真可以得出吸盤機械手的運動數據及軌跡曲線。在吸盤機械手單條機械手五個關節(jié),根據運動方式,輸入STEP驅動函數,如下:在單吸盤機械手的仿真過程中,對末端吸盤標記mark點進行軌跡繪制從而得出單吸盤機械手在空間內理論工作區(qū)域如圖9所示。在仿真完成后,按F8進入ADAMS/POSTPROSS界面對仿真結果進行數據分析,如圖11所示為末端吸盤標記點的XYZ三個方向的位置曲線輸出測量值,圖10為單吸盤機械臂每個關節(jié)的角度曲線輸出測量值。由圖11仿真結果可知在單吸盤機械手旋轉360度過程中,若以初始時刻吸盤為0位置,則吸盤能向前最大1.741m,向后最大0.879m,與吸盤機械手在MATLAB仿真中的位形空間尺寸極其吻合。從而驗證了建立運動學的正確性。由圖10關節(jié)角度運動曲線可知,在給定的驅動要求下,單吸盤機械手具有相對穩(wěn)定的運動形式,符合設計者的要求。5建立工作空間以自行設計的吸盤機械手為研究對象,首先以旋量坐標確定各個關節(jié)參數,求解運動學正解,然后在MATLAB中編程繪制單只吸盤機械手的工作空間,分