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        雙機(jī)器人協(xié)同鼠標(biāo)裝配末端夾具的設(shè)計(jì)

        2021-11-03 11:57:16孟銀娜張?jiān)迄i王一明
        設(shè)備管理與維修 2021年17期
        關(guān)鍵詞:執(zhí)行器鼠標(biāo)底座

        孟銀娜,張?jiān)迄i,王一明

        (河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院,河南鄭州 451191)

        0 引言

        在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的環(huán)境下,多機(jī)器人在特定場(chǎng)合的協(xié)同作業(yè)越來越重要,根據(jù)任務(wù)要求,多機(jī)器人可以有序無誤地協(xié)同配合,以完成特定場(chǎng)合的工作需要。機(jī)器人末端夾具是根據(jù)作用對(duì)象的形狀特征來設(shè)計(jì)的,無論是夾持式還是吸附式夾具,設(shè)計(jì)時(shí)都需要滿足機(jī)器人作業(yè)所需要的重復(fù)精度,最大程度上使機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量輕,以減輕手臂負(fù)荷。機(jī)械夾持式末端執(zhí)行器多為雙指頭爪式,按手指的運(yùn)動(dòng)區(qū)分,可以分為平移型和回轉(zhuǎn)型;若按照機(jī)械夾持方式區(qū)分,可以分為外夾式和內(nèi)撐式;若按照機(jī)械結(jié)構(gòu)特性區(qū)分,可以分為電動(dòng)(電磁)式、液壓式與氣動(dòng)式,以及它們相互的組合。氣吸式機(jī)器人末端執(zhí)行器,利用吸盤內(nèi)的負(fù)壓吸住并移動(dòng)工件,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同,末端執(zhí)行器可以做成單吸盤、雙吸盤、多吸盤或特殊形狀的吸盤。經(jīng)比較分析,本方案中工作站采用的是夾持式末端執(zhí)行器。

        1 機(jī)器人1 的末端夾具分析

        機(jī)器人1 末端夾具的夾持對(duì)象是鼠標(biāo)底座和鼠標(biāo)USB 端口,根據(jù)鼠標(biāo)底座和USB 的形狀特點(diǎn),所設(shè)計(jì)的末端夾具手指需要有一定的開合范圍??紤]到鼠標(biāo)裝配效率,為節(jié)省裝配時(shí)間,設(shè)計(jì)多功能夾具,一個(gè)夾具配備兩對(duì)手指,能夠分別加持鼠標(biāo)底座和USB。設(shè)計(jì)前考慮以下方面:①末端夾具夾持的對(duì)象較薄,夾持力不應(yīng)過大,為避免夾持力度過大,在末端夾具中添加傳感器感應(yīng)夾持對(duì)象;②夾具承載變形要求,所設(shè)計(jì)的末端夾具承載不低于3 kg,應(yīng)具備一定的剛度,夾持鼠標(biāo)零部件時(shí),最大變形量≤1 mm;③所設(shè)計(jì)的末端夾具應(yīng)考慮鼠標(biāo)底座和USB的形狀尺寸,根據(jù)所夾持對(duì)象的形狀特征設(shè)計(jì)夾具開合度;④根據(jù)鼠標(biāo)底座以及鼠標(biāo)USB 的形狀特征,采用雙指夾持相比三指夾持更加牢固。

        綜合考慮以上四點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)器人1 的末端夾具,根據(jù)夾持對(duì)象的形狀特征,設(shè)計(jì)出的夾具可以穩(wěn)固夾持對(duì)象移動(dòng),不產(chǎn)生滑移,并且能夠在夾持鼠標(biāo)底座和USB 端口時(shí)順利完成鼠標(biāo)裝配工作。

        2 機(jī)器人1 的末端夾具設(shè)計(jì)

        因機(jī)器人1 末端夾具主要作用對(duì)象是鼠標(biāo)底座和鼠標(biāo)USB 端口,所以設(shè)計(jì)的夾具是根據(jù)鼠標(biāo)底座和鼠標(biāo)USB 設(shè)計(jì)的多功能末端夾具。機(jī)器人1 末端執(zhí)行器主要由夾具底座、手指1 和手指2 三部分組成:手指1 的夾持對(duì)象是鼠標(biāo)USB 端口,手指2 的夾持對(duì)象是鼠標(biāo)底座。在設(shè)計(jì)夾具底座時(shí)需要考慮負(fù)載力,保證能夠完全承載兩對(duì)手指夾持對(duì)象時(shí)的重量,并且在不發(fā)生碰撞的情況下,夾持對(duì)象運(yùn)動(dòng)到裝配鼠標(biāo)的動(dòng)作位置(圖1)。

        圖1 夾具1 底座

        機(jī)器人1 手指1 的夾持對(duì)象為鼠標(biāo)USB 端口,根據(jù)鼠標(biāo)USB 的形狀尺寸,所設(shè)計(jì)的手指1 需要滿足至少13 mm 的開合度,夾持深度為3 mm(圖2)。鼠標(biāo)USB體積小且質(zhì)地比較薄,夾持力度不應(yīng)過大,設(shè)計(jì)手指1時(shí)可以適當(dāng)增強(qiáng)手指1 夾持面的粗糙度以增加夾持鼠標(biāo)USB 時(shí)的摩檫力。

        圖2 夾具1 手指1

        機(jī)器人1 手指2 的夾持對(duì)象是鼠標(biāo)底座,根據(jù)鼠標(biāo)底座的形狀尺寸,手指2 需要至少96 mm 的開合度,夾持深度為3 mm(圖3)。考慮到鼠標(biāo)底座較薄,夾持力度不應(yīng)過大,可以通過增強(qiáng)夾持面的粗糙度來增大夾持鼠標(biāo)底座時(shí)產(chǎn)生的摩擦力。

        圖3 夾具1 手指2

        3 機(jī)器人2 的末端夾具分析

        機(jī)器人2 的作用對(duì)象是鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)整體,為提高鼠標(biāo)裝配效率、縮短裝配時(shí)間,根據(jù)鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)上蓋的形狀尺寸設(shè)計(jì)了一種多功能夾具,該夾具只設(shè)計(jì)了一種綜合性手指,通過設(shè)置其不同的開合度來完成鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)整體的夾持和裝配。在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該考慮以下方面:①鼠標(biāo)電池外表比較光滑,在設(shè)計(jì)夾具手指時(shí)應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)夾持面的粗糙度,并添加傳感器感應(yīng)電池以便順利完成夾持作業(yè);②夾具承載變形要求,所設(shè)計(jì)的夾具承載不低于2 kg,并且具備一定的剛度,在夾持鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)整體時(shí),最大變形量≤1 mm;③夾持鼠標(biāo)上蓋時(shí),考慮到上蓋比較薄,在增強(qiáng)夾持面的粗糙度、添加傳感器的基礎(chǔ)上要注意夾持力度不應(yīng)過大,滿足夾持裝配所需就可以;④所設(shè)計(jì)的手指應(yīng)具備一定的開合度,且開合度滿足對(duì)鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)整體的夾持、裝配。

        綜合考慮以上要求和鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋的形狀尺寸,為盡可能讓所設(shè)計(jì)的末端夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,減輕手臂載荷,所設(shè)計(jì)的機(jī)器人2 的多功能末端夾具采用一指多用,通過兩個(gè)手指開合度的不同完成對(duì)鼠標(biāo)上蓋、鼠標(biāo)電池和鼠標(biāo)整體的夾持、裝配。

        4 機(jī)器人2 的末端夾具設(shè)計(jì)

        機(jī)器人2 末端夾具作用對(duì)象是鼠標(biāo)上蓋、鼠標(biāo)整體和鼠標(biāo)電池,根據(jù)鼠標(biāo)電池以及鼠標(biāo)上蓋的形狀尺寸設(shè)計(jì)了一種多功能夾具。機(jī)器人2末端夾具的設(shè)計(jì)主要包含夾具底座、夾具手指兩部分:手指可以設(shè)置不同的開合度來完成對(duì)鼠標(biāo)電池、鼠標(biāo)上蓋和鼠標(biāo)整體的夾持、裝配。底座設(shè)計(jì)需考慮兩個(gè)手指和夾持對(duì)象的負(fù)載力,保證在夾持對(duì)象時(shí)可以完成一定角度的旋轉(zhuǎn),保障裝配作業(yè)順利進(jìn)行(圖4)。

        圖4 夾具2 底座

        根據(jù)夾具2 手指不同夾持對(duì)象的形狀特征,設(shè)置不同的手指特征(圖5):①對(duì)于鼠標(biāo)電池的夾持裝配,設(shè)置手指的開合度至少為12 mm,夾持深度為3 mm,夾持力度適中且夾持面具有一定的粗糙度并添加傳感器;②對(duì)于鼠標(biāo)上蓋的夾持裝配,設(shè)置手指的開合度至少為50 mm,夾持深度為3 mm,夾持力度不應(yīng)過大,同時(shí)增強(qiáng)夾持面的粗糙度并添加傳感器;③對(duì)于鼠標(biāo)整體的夾持放置,設(shè)置手指的開合度至少為50 mm,夾持深度為4 mm,夾持力度適中。

        圖5 夾具2 手指

        5 結(jié)束語

        工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代制造行業(yè)領(lǐng)域中,在RobotStudio 中離線/在線編程、模擬仿真,對(duì)輔助工作人員進(jìn)行機(jī)器人工作站布局構(gòu)建、模擬仿真示教、工作姿態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化具有重要作用。在RobotStudio 中對(duì)末端夾爪進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,以此獲得更高的裝配效率。

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