半球體零件轉運末端執行器設計

楊清

摘要：提出了一種用于半球體零件的轉運問題的以真空吸盤吸附方式為主的工業機器人末端執行器，并運用Unigraphics NX進行了機械結構設計與三維模型的建立，對關鍵零部件在Altair Inspire軟件中進行了靜力學分析，通過設計了多吸盤吸附方式和防跌落手爪配合使用的結構，以達到工作過程更高的安全性。

關鍵詞：末端執行器;真空吸附;半球體零件;靜力學分析

0 ?引言

隨著科技的發展與進步，我國工業機器人的使用越發普及[1]，越來越多的行業使用工業機器人，工業機器人對比工人操作擁有更高的生產效率和工作安全性[2]。但工業機器人在抓取和搬運零件時，很大程度上需要根據待抓取的零件的外形形狀進行特殊的定制。而且現有的搬運工業機器人的末端執行器多為剛性抓取裝置，較容易損壞抓取零件，且抓取位置比較受限，大多數是多面夾取或地面拖取[3]，對于半球體零件的搬運方案比較少，基于此筆者設計了一種半球體零件轉運末端執行器，對于一定尺寸范圍的半球體零件都可以進行抓取，因為運用了真空吸盤的柔性抓取，所以在抓取過程中也不會傷到半球體零件的表面，還可以通過更換不同尺寸的配件以適應于不同大小的半球體零件的搬運，可以滿足生產的現代工廠生產的高效性。

1 ?機械結構設計

1.1 整體機構設計

針對半球體零件轉運問題，設計的末端執行器如圖1快換接頭用于與工業機器人更快速的連接;運動驅動模塊由3個標準氣缸驅動，其中1號氣缸為吸盤模塊的驅動源，負責驅動吸盤模塊在豎直方向上移動;2號氣缸和3號氣缸為防護模塊的驅動源，負責同步驅動防護模塊工作;吸盤模塊為吸盤架與吸盤共同組成，負責吸附半球體零件;防護模塊有一個連桿機構構成，負責在吸附模塊吸附后防止半球體零件掉落，加強安全性。

當吸附模塊吸附半球體零件后，在1號氣缸的驅動下離開初始放置點表面后，2號氣缸與3號氣缸工作，將防護模塊的防跌落手爪拉回工作位置，防止半球體零件跌落。如圖2。

1.2 吸附模塊設計

在吸盤模塊的設計上，因為半球體零件的吸附不同于吸盤常規使用中的水平吸附方式，所以對吸盤在常規的吸盤使用中，吸盤一般是用于表面平整、且水平放置的物體，常規使用條件下，吸盤的吸附力公式見式（1）。

2 ?關鍵部件分析

使用Altair Inspire，對設計的半球體零件轉運末端執行器的防護模塊進行靜力學分析，分析如果防護模塊的防跌落手爪在受到不同的力時的最大應力與最大位移量變化，對防護模塊的防跌落手爪施加了不同的均布力進行分析，得到的結果如表1，其中第8次的靜力學分析圖如圖4與圖5所示。

通過在Altair Inspire中對防護模塊的靜力學分析后，可以得到結論，防護模塊的防跌落手爪是切實有效的，對制造防護模塊的材料選擇提供了理論指導。

3 ?結論

設計了一種可以適應于一定尺寸范圍的半球體零件轉運的工業機器人末端執行器，得到了用于吸附半球體零件吸盤設計原理，用過靜力學分析了防護模塊在工作時的變化。這種半球體零件轉運末端執行器可以有效的提高半球體零件的轉運效率，且能保證其轉運過程的安全性。

參考文獻：

[1]計時鳴，黃希歡.工業機器人技術的發展與應用綜述[J].機電工程，2015，32（1）：1-13.

[2]王田苗，陶永.我國工業機器人技術現狀與產業化發展戰略[J].機械工程學報，2014（09）：7-19.

[3]苗登雨，周新，張志偉，等.真空吸盤式多功能抓取裝置的設計[J].包裝與食品機械，2016（6）.