， ，，

(皖西學(xué)院機(jī)械與車(chē)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(gè)領(lǐng)域，在砌墻作業(yè)中，采用機(jī)器人抓取磚塊自動(dòng)砌墻，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高砌墻效率[1～3]。然而目前的自動(dòng)砌墻機(jī)器人抓手運(yùn)行時(shí)不夠靈活，導(dǎo)致自動(dòng)砌墻機(jī)器人難以發(fā)揮應(yīng)有的技術(shù)水平[4]。針對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人夾磚專(zhuān)用抓手技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種可調(diào)的機(jī)器人夾磚專(zhuān)用抓手，可對(duì)不同尺寸的磚塊夾取，且?jiàn)A磚專(zhuān)用抓手具有一定的柔性，可有效解決抓手與工件匹配的問(wèn)題。

1 機(jī)器人夾磚專(zhuān)用夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

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

由于支座與連桿連接，連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)可推動(dòng)夾具末端實(shí)現(xiàn)夾持的動(dòng)作；由于支架與調(diào)節(jié)裝置通過(guò)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?jiàn)A磚專(zhuān)用抓手末端具有柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)在機(jī)器人快速移動(dòng)過(guò)程中抓持平穩(wěn)。

1.動(dòng)力系統(tǒng) 2.傳動(dòng)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(zhuān)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(jì)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(yùn)動(dòng)自由度即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)。

同時(shí)，為保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，根據(jù)平面連桿的設(shè)計(jì)原理及條件，計(jì)算與確定了專(zhuān)用夾磚抓手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各桿參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)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(yùn)動(dòng)模型的建立

根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果在Pro/E中建立實(shí)體模型，然后導(dǎo)入ADAMS，修改零件名稱(chēng)[5～6]，添加約束和驅(qū)動(dòng)見(jiàn)表2，最終的模型見(jiàn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡，由于在仿真是設(shè)置的初始位置為運(yùn)動(dòng)分負(fù)方向，所以運(yùn)動(dòng)軌跡為“C”字型，仿真結(jié)果與實(shí)際夾磚過(guò)程中抓手所需的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度和加速度曲線，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)。ADAMS的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠滿足機(jī)器人夾磚的運(yùn)動(dòng)要求。此外，根據(jù)模擬仿真試驗(yàn)可知，抓手末端的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可通過(guò)改變動(dòng)力系統(tǒng)中氣缸推桿的速度實(shí)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(zhuān)用抓手實(shí)驗(yàn)樣機(jī)圖

2.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)加工了機(jī)器人夾磚專(zhuān)用抓手實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了夾磚實(shí)驗(yàn)，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人夾磚專(zhuān)用抓手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，夾磚運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，驗(yàn)了ADAMS仿真的正確性。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)機(jī)器人夾磚專(zhuān)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(zhuān)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(guò)ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，為夾磚專(zhuān)用抓手的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)與制造提供了參考與依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張輝，萬(wàn)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(bào)(自然科學(xué)版)，2017,35(5):742-744.

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

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

[4] 肖繼德, 陳寧平．機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[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(jì)[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(jì)[J]．航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016,42(1):65-69.