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一种用于测量的机器人抓手设计

来源:企业科技与发展 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-05-21 11:13

【作者】:网站采编

【关键词】:

【摘要】工业领域的机器人主要由主体、驱动装置、控制系统3个部分组成。机器人主体包含机座及执行机构,有些还带有行走机构。机器人执行机构的臂部多采用连杆机构。关节个数是机器人的

工业领域的机器人主要由主体、驱动装置、控制系统3个部分组成。机器人主体包含机座及执行机构,有些还带有行走机构。机器人执行机构的臂部多采用连杆机构。关节个数是机器人的自由度,一般机器人具有3个以上的自由度。驱动装置指的是能够驱使机器人执行机构进行运动的机构,由控制系统发出指令信号,然后动力元件操纵机器人执行机构进行运动。驱动系统指的是动力装置和传动机构,用以驱动执行机构产生相应的动作。

基于大数据时代的城乡规划学,由于其在实践中的数据量增加,使计量方面的内涵也在发生变化,进而使该时代城乡规划计量内涵更加丰富。具体表现为:

1 机器人抓手的结构分析

机器人的执行机构通常采用抓手实现其功能,机器人完成一些特定动作需要通过机械臂对物体进行抓取操作。末端执行器即指各种夹持装置,对于被夹紧的目标物体,可以使用执行器来抓取或者吸附。夹持装置有很多类型,按照用途可以分为搬运用、加工用及测量用等。加工用的夹持装置一般带有喷枪、焊枪、铣刀等加工工具,可以进行相应的加工作业。测量用的夹持装置一般装着测量头及传感器等装置,可以进行测量和检验作业。本次设计的机器人抓手装置是用于测量用的夹持装置,抓手夹持是机器人末端执行器的一种分类形式。

在设计机器人的末端执行器时,需要注意以下问题:①机器人末端执行器根据作业设定要求进行设计。更换不同种类的末端执行器,机器人可以应用在其他场合。机器人末端执行器的创新及改造可以扩大机器人的使用领域。②设计时需要考虑末端执行器的形状、重量,以及被抓取物体的形状、重量,考虑机器人能够承载的最大承重力。一般设计的末端执行器具有体积小、重量轻、结构紧凑等特点。③末端执行器设计时要能兼顾万能性和专用性,但在实际生产中很难实现。万能性的末端执行器在结构设计上非常复杂,很难实现。现在多数还是使用结构简单的末端执行器,能够实现相应的功能。

2 机器人抓手的设计过程

首先要设计机器人抓手的形状、尺寸、装配结构,用三维绘图软件对抓手进行建模,分析设计机构是否合理,进行受力分析,使抓手具有足够的刚度和强度,能够实现设计功能。加入电机连接、齿轮啮合、末端执行器等连接部件。电机作为驱动元件,带动连接的齿轮进行啮合运动,从而控制抓手的张开和闭合,完成执行末端的夹紧,实现目标零件的测量操作。

使用三维软件对抓手结构进行建模,建模时要使用切除—拉伸、凸台—拉伸等功能。建好模后,对设计的三维模型进行模拟分析,确保能达到使用要求,然后生成零件图、装配图,并且校核图纸尺寸。抓手装配图如图1所示。

机器人使用电机的选择,需要考虑机器人的最大负载能力和工作半径、机器人的转动惯量及如何实现抓取功能。对机器人的抓手进行设计,加入齿轮啮合机构,通过齿轮啮合原理实现抓手机构的功能。本次设计的机器人抓手采用电机驱动作为动力来源,是一种比较经济的工作方式,涉及结构及其制造、使用和维护成本较低,极大降低了制造成本。机器人抓手需要抓紧的机械零件较小,抓手目标的重量轻、尺寸小,可以选择承重大小合适的抓手,即可满足抓紧要求。根据末端执行器的大小选择功率和尺寸合适的电机。电机动力带动抓手张开和闭合,电机功率无需太大。齿轮啮合结构中抓手与齿轮通过螺栓进行连接,从而实现啮合运动。

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3 机器人抓手的受力分析及模拟测试

图1 抓手装配图

需要对抓手结构进行受力分析,给抓手机构10 N的力,力垂直分布在抓手面上,对抓手面进行受力分析,可看到抓手受力变形情况,其中质量为0.041 602 4 kg,体积为5.402 91e-006 m3,密度为7 700 kg/m3,重量为0.407 704 N。经验证,此抓手受力变形情况良好,符合要求。机器人抓手受力分析图如图2所示。

对其进行模拟运动测试及实物验证,用此抓手对零件进行抓紧、测量,能够实现其功能。最后根据图纸尺寸进行零件的加工,完成各个零部件的加工,并对抓手进行组装装配。模拟测试如图3所示。

在设计制造时还应考虑机器人运动末端工件放置的空间布局,能够保证目标零件的测量操作。对机器人抓手结构进行实验验证,通过目标零件的验证,此设计抓手能够实现设计功能。另外,设计的抓手在载荷承重和强度上仍需进一步改进,以使其应用范围更加广泛。

图2 受力分析图

图3 模拟测试

参考文献

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【中图分类号】TP242

【文献标识码】A

【文章编号】1674-0688(2020)03-0054-02

【作者简介】王刘菲,北京电子科技职业学院教师,研究方向:机械设计制造。

文章来源:《企业科技与发展》 网址: http://www.qykjyfz.cn/qikandaodu/2020/0521/341.html

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