素描工業機器人末端夾持器的改進

梁 杰，岳宗平，張艷艷，馮曉鵬

（1.鄭州大華機電技術有限公司，河南鄭州 450001；2.河南機電職業學院，河南鄭州 451191）

0 引言

素描工業機器人工作站主要包括拍照、圖像處理、數據傳輸、素描4 個部分[1]。圖像處理是對照片進行旋轉變換、伸縮變換、輪廓提取和線條打散后，把散點數據通過有線或無線的方式傳送至工業機器人控制器[2-5]。素描工業機器人把散點作為以中性筆為工具坐標的工業機器人目標點，中性筆到達目標點的過程中完成線條繪制。在作業過程中，中性筆要于2 min左右的時間內，在數千個機器人目標點之間進行平面偏移和上下偏移。

1 問題概述

當前繪制時，存在以下問題：現用夾持器垂直夾持中性筆，繪畫時，筆尖與紙面垂直接觸，與人類握筆時姿勢差別較大，以致動作生硬，人機協調性較差。

2 原因分析

人手在書寫和繪圖時，筆與紙面不是垂直的關系，而是成一定的角度。而機器人的夾持器用于安放中性筆的夾持器的中心孔軸線與紙面垂直，從而使素描作業時中性筆與紙面垂直，如圖1 所示。

圖1 帶夾持器的素描機器人

雖然通過變更機器人目標點姿態的方法也能達到線條繪制流暢的效果，但是最便捷的方法是把夾持器上的中心孔加工成斜孔，來代替垂直孔。斜孔的加工難度，與垂直孔相比，略有增加。斜孔的中心線與紙面在空間坐標系里與各平面的夾角以人手握筆的習慣為宜。

為增加筆觸紙面的彈性，在斜孔與中性筆之間可以設置墊圈，墊圈材料的彈性較大，墊圈壁上可設置一個貫通的縫隙，縫隙與斜孔中心線平行，用于安放中心筆的同時，還能起到與夾持器上斜孔配合時調隙。

項目使用的是ABB IRB 1200-7/0.7 工業機器人，此型號機器人可直立、倒置或壁掛安裝。物理參數：底座尺寸210 mm210 mm，機器人重量52 kg。規格：范圍1.65 m，有效承重12 kg，防護標準IP40。性能：重復定位精度0.02 mm，軸運動工作范圍，軸1（-170170），最大速度288/s，軸2（-100135），最大速度240/s，軸3（-20070），最大速度300/s，軸4（-270270），最大速度400/s，軸5（-130130），最大速度405/s，軸6（-360360），最大速度600/s。

3 改進方法

加工出的通孔中心線不與工業機器人基坐標的X 軸和Y軸垂直，也不與Z軸平行，通孔的中心線與X 軸的夾角為，與Y 軸的夾角為，與Z 軸的夾角為，如圖2 所示。

圖2 斜孔與各坐標軸的夾角

表1 制造夾持器的8 組夾角值及素描效果排序

把包括夾持器和中性筆在內的執行器安裝在ABB IRB1200 型工業機器人第六軸法蘭盤上，如圖2 所示。試驗用的素描工業機器人位于河南機電職業學院工業機器人培訓中心。標定工具坐標系后的素描作業中，動作更符合人類握筆繪畫習慣，動作不生硬，有利于人機協調。

4 結束語

在項目設計階段，要充分考慮到是否能以略微增加夾具加工成本的方法，代替后續調試過程中時間成本的方法，以期減低總成本。