柔性真空吸顶式多功能捕获装置的设计

柔性真空吸顶式多功能捕获装置的设计

0汽车虚拟生产线随着劳动力成本的增加，自动工业设备在许多领域的应用越来越广泛。其中，工业机械技术是工业自动化生产的理想工具，具有稳定的性能、宽的适应性和高效率。与人相比,机械手可以在有毒、有害、危险的环境下连续工作,比如焊接、喷漆等;也可以完成频繁、单调、重复的劳动、比如上下料、搬运等柔而有弹性的吸盘可以很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等搬运功能,并确保不损坏其作用对象。现有的吸盘机械手只能对形状比较简单规则零件进行搬运放置,因为玻璃板是光滑的平面,所以这种吸盘机械手主臂只需要1~2自由度安装多个吸盘头就能满足工作要求,比如最常用的盘式机械手只使用在对玻璃板的夹取和搬运。但在汽车焊装生产线中,白车身是有很多薄板件组合而成并且形状不规则,对吸盘机械手要求更复杂且需要更多的自由度,多自由度吸盘机械手将成为焊装生产线上设备制造研究的重点。本文研究的龙门架悬挂式吸盘机械手主要通过四个多自由度的吸盘机械手和两个辅助吸盘机械手对零件的搬运,不仅满足对不规则零件搬运要求,而且拥有超大行程、高负载、高效率,简单经济、寿命长等特点,具有广阔的应用前景1盘盘机械机构设计吸盘机械手采用悬挂式结构安装于龙门架上,沿着三个相互独立垂直的坐标轴(即X轴、Y轴、Z轴)运动,最终使吸盘机械手到达设定的位置,该机械手适用于物品长距离的搬运、抓取。电控箱独立设计,与机械手分离,操作方便。图1为吸盘机械手搬运零件工作原理图,图2为龙门架悬挂式装吸盘机械手示意图。在SolidWorks中建立三维模型,图4四臂吸盘机械臂模型。每个吸盘机械臂有五个自由度,前两个关节(转动关节序号1和移动关节序号2)属于联动机构,根据被抓取零件的尺寸快速调整机构的空间位置,其中转动关节1为四个吸盘机械臂的共同关节,移动关节2为两两吸盘对称移动自由度,后三个自由度(序号3、4、5)属于独立的自由度用于调整不规则零件被吸持位置也称定位点的位置。伺服电机驱动双摇杆机构带动转动关节序号5工作,能使末端吸盘达到前后水平位置,极大的提高了吸盘工作空间。序号6为真空吸盘机构。图3为吸盘机械臂的局部放大图,其中吸盘机械臂采用模块化设计2臂盘盘机构的建立吸盘机械臂有四个轴对称吸盘小臂组成,只需分析一组机械臂运动学。吸盘机械臂运动学就是建立在各个运动关节和末端执行器(即末端吸盘)的空间位姿之间的关系,为系统的控制提供分析的手段和方法。基于上述结构建立各关节运动参数,其机构简图如图5所示。由于四臂吸盘机器手采用相同的结构布局,故只需要分析单臂的运动学即可。由于图形5机构紧凑,图中只标注左1臂初始位形的的参数。已知S是基础坐标系,T是末端工具坐标系,从基础坐标系开始对各杆件和关节编号,各关节的运动由位于各关节轴线对于机器人的各个转动关节i有对于机器人各个移动关节i有同理其他三只机械手初始位形和同一个惯性坐标系,可以得出吸盘末端点的位姿。3工作区通过仿真图6(a)可得单臂吸盘机械臂在4matlab仿真利用ADAMS对吸盘机械手进行虚拟仿真测试,能够快速的查找问题,发现问题,能避免吸盘机械手在制造过程中出现不必要的问题。吸盘机械手由四个小机械手组成,前后左右机构对称,相互配合工作。在导入ADAMS中在不影响结果的前提下在进行适当简化,图7所示为简化流程图。将吸盘机械手模型导入ADAMS中,如图8所示,导入后对各个零件进行重新命名,设置相应的材料属性,赋予质量,对吸盘机械手相应的关节施加运动副,然后对每个关节施加相应的驱动函数,完成相应的动作,得出吸盘机械手运动曲线。由于吸盘机械手是轴对称模型,以其中一个吸盘机械手为分析对象,其他机械臂通过ADAMS布尔操作合成一体,再删减不需要的零件。然后对其分析,根据吸盘机械手的参数和基本设计指数对虚拟样机中一个臂进行仿真可以得出吸盘机械手的运动数据及轨迹曲线。在吸盘机械手单条机械手五个关节,根据运动方式,输入STEP驱动函数,如下:在单吸盘机械手的仿真过程中,对末端吸盘标记mark点进行轨迹绘制从而得出单吸盘机械手在空间内理论工作区域如图9所示。在仿真完成后,按F8进入ADAMS/POSTPROSS界面对仿真结果进行数据分析,如图11所示为末端吸盘标记点的XYZ三个方向的位置曲线输出测量值,图10为单吸盘机械臂每个关节的角度曲线输出测量值。由图11仿真结果可知在单吸盘机械手旋转360度过程中,若以初始时刻吸盘为0位置,则吸盘能向前最大1.741m,向后最大0.879m,与吸盘机械手在MATLAB仿真中的位形空间尺寸极其吻合。从而验证了建立运动学的正确性。由图10关节角度运动曲线可知,在给定的驱动要求下,单吸盘机械手具有相对稳定的运动形式,符合设计者的要求。5建立工作空间以自行设计的吸盘机械手为研究对象,首先以旋量坐标确定各个关节参数,求解运动学正解,然后在MATLAB中编程绘制单只吸盘机械手的工作空间,分