主體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
7 Y* _7 f4 I# n; f8 |+ U) l. a2 G該機(jī)械手的工作空間很窄,僅為700 mm,所以要求機(jī)械手結(jié)構(gòu)要緊湊,外形尺寸要小,但不要小到影響機(jī)械手的抓取能力。根據(jù)該機(jī)械手的工作環(huán)境及各坐標(biāo)形式的優(yōu)缺點(diǎn),因此考慮采用折疊式關(guān)節(jié)型的設(shè)計方案。 其中2 處和3 處的鉸接,1 處和2 處鉸接小臂須有2 個自由度。 驅(qū)動方式的選擇
" i6 G, ~% y" b! }5 `# J* c9 ^該機(jī)器人一共有4 個獨(dú)立的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),連同末端機(jī)械手的運(yùn)動,總計需要5 個動力源。常用的驅(qū)動方式為氣壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動3 種類型;谶@3 種驅(qū)動方式的優(yōu)、缺點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求,選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式對機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動。 自由度的分配 $ U3 Y; i# i0 _$ S
人的手臂有肩、肘、腕3 個關(guān)節(jié),共6 個自由度。機(jī)械手的設(shè)計以模仿人的手臂為基礎(chǔ),再根據(jù)實(shí)際情況,由于運(yùn)載小車和爬臂機(jī)器人均可在自身所在的區(qū)域內(nèi)移動和轉(zhuǎn)動,所以大臂和腕部各有一擺動自由度,而小臂有2 個自由度,即擺動和有限的轉(zhuǎn)動,且小臂可轉(zhuǎn)回到大臂的空隙,工作時可展開。最后一個自由度就是手腕的擺動。
7 F' |) W" Y3 i( G% Z" h0 f手部設(shè)計
+ G% i* j" R1 }- [6 F) u0 w, c, s. Q因?yàn)楸晃粘止ぜ男螤、大小、材料性能、重量和表面情況等的不同,從而機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)也多種多樣, 手部結(jié)構(gòu)是根據(jù)特定的工件要求而定的。常用的手部分為吸附和夾持兩大類。根據(jù)設(shè)計要求,采用夾持式的手部結(jié)構(gòu),它對抓取各種形狀的工件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 0 V) W. M8 \- }4 I+ R: O
該設(shè)計手爪的動力由電機(jī)提供,通過將絲杠與電機(jī)相連, 利用手爪的特有結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)手爪的開合。本文設(shè)計出2 種機(jī)械手手爪。 腕部設(shè)計
4 Y; [, [) {, _: Y3 u% c腕部的作用是在臂部動作的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整或改變手部的方位, 從而擴(kuò)大機(jī)械手的運(yùn)動范圍,使得機(jī)械手變得更加靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。腕部具有獨(dú)立的自由度,要求有繞中軸的擺動運(yùn)動。機(jī)械手的工作條件是用于檢查核儲罐焊縫,在腐蝕性的場合中工作,所以對機(jī)械手的腕部材料選用耐腐蝕不銹鋼316L。 臂部設(shè)計
6 K' C2 d y2 ~* O$ M臂部的作用是把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意位置。若改變手部姿態(tài),可用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此,臂部必須具備3 個自由度才能滿足基本要求,即手臂伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動。 7 ^8 @% M$ c, ^7 `, ]# p1 d
臂部的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動形式、抓取質(zhì)量、動作自由度、運(yùn)動精度等因素來確定。同時設(shè)計時必須考慮到手臂的受力情況,油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。臂部運(yùn)動速度越高,慣性力引起的定位前的沖擊也就越大,運(yùn)動既不平穩(wěn),定位精度也不高。因此,在臂部設(shè)計時除了要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕外,同時采用一定形式的緩沖措施。 8 n* ?5 Z3 T0 Y6 F4 S
自由度的分配在總體方案中已經(jīng)介紹過,本文有4 個自由度,其中大、小臂的擺動,小臂的轉(zhuǎn)動,都是通過電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)。 大、小臂的擺動靠擺動油缸來實(shí)現(xiàn),而小臂部分利用電機(jī)軸帶動與其配合的板轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動。 ) c0 y- _! g" `4 T* P$ L
小臂的結(jié)構(gòu)主要由2 塊板、細(xì)軸組合而成,利用SolidWorks 建模后,其三維模型其三維模型如圖5 所示。 機(jī)械手的建模 $ o. D4 ~3 y5 R; E- T
本機(jī)械手的夾持對象是矩形焊縫檢測儀,所以設(shè)計的機(jī)械手手爪應(yīng)適合夾持矩形且夾持可靠。應(yīng)用SolidWorks 軟件對機(jī)械手的所有的零件建完模型后, 再在SolidWorks 的裝配環(huán)境下進(jìn)行裝配,最終完成機(jī)械手的完整模型的裝配, 建模結(jié)果如圖6所示。 ! d8 f% V6 J# _+ c
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機(jī)械手的運(yùn)動仿真 ( w0 p: x' i l" v* O" E
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運(yùn)動仿真是生產(chǎn)制造前的一種檢查過程和方法,為了達(dá)到高效和有力地生產(chǎn),所以運(yùn)動仿真是設(shè)計制造前的重要操作環(huán)節(jié)。對產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)動仿真,能夠生動形象地進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動模擬,使產(chǎn)品的工作原理清楚地表達(dá)出來。 1 ~. ^+ h7 A% a3 t2 \
機(jī)械手的仿真過程,這里不再贅述。仿真后機(jī)械手實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果,機(jī)械手運(yùn)動起來,達(dá)到了仿真的目的,如圖7 所示。
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