兼容三相电能表及采集终端的机器人抓手的研究与设计

李霖 翟晓卉 孙艳玲 何毓函 刘丽君

摘 要：由于三相电能表及采集终端一体化流水线检定的需要，出于对材料、成本以及操作便利的考虑，针对机器人对不同的物料进行上料、下料时，能够同时使用同一种抓手进行了研究。本文研究的抓手能够兼容三相电能表和采集终端，通过前期的理论研究结合实际需求对抓手进行了设计，给出了抓手突出的技术特点。

关键词：机器人；上料；下料；抓手；三相电能表；采集终端

随着现代化物流行业的飞速发展，自动化技术、计算机技术等高新技术逐步融入到工业设计的过程中，工业机器人作为最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，工业机器人是先进制造业的关键技术和信息化社会的新兴产业，对工业以及未来生产和社会发展起着非常重要的作用。在整个工业生产体系中，机器人的应用已成为了发展的必然趋势，这为工业机器人的研究、开发、带来了很大的便利。机器人技术对科技的进步以及人类社会的进步起着非常重要的作用，作为工业过程中自动化生产先进的设备，在电能表和采集终端仓储接驳和上下料作业中发挥着重要的作用。在本文中，根据智能电能表和采集终端一体化流水线中的被测物料--智能电能表和采集终端的不同，研究和设计一种新型的机器人抓手，能兼容智能表和采集终两种不同类型的来料，相比传统的分立式抓手具有明显的技术进步性。

1 机器人抓手的理论研究

在研究机器人抓手设计中，采用空间矢量的方式进行，其几何模型如下：在本理论中，L、W、H分别为抓手的长、宽、高。假设机器人抓手的矢量元组为（p，a，o，d），其中p为抓手远点的位置矢量，a定义为向物体运行的接近矢量，o定位为确定抓手平面的方位矢量，d定位为抓手两爪的开度。如果抓取物体时，则需要定位抓手的位置，定位抓取物体的位置，然后进行自动化控制两爪的开度和物体的位置及大小，利用自动化控制原理，再将物理抓取。抓放的稳定性要充分考虑物体与抓手的接触面积以及抓取点与放置点的距离。

图1机器人抓手几何模型的建立

2 机器人抓手的设计

基于上述理论研究建立的几何模型，本文介绍一种能够兼容智能电能表和采集终端的机器人抓手，配合机器人的三维运动，应用到电能表和采集终端检定流水线上，抓手既能够抓取智能电能表，又能抓取采集终端。本文所提到的智能电能表为三相智能电能表，采集终端为专变采集终端Ⅲ型、集中器Ⅰ型。

2.1 抓手设计构想

满足上述设计要求至少要有2组夹爪，两组夹爪分别控制不同的物料。由于物料体积不同，夹爪之间的距离设置与物料相匹配的尺寸和大小，并且在夹爪之间要设置有足够的余量，保证在抓取时能够自由地放松和加紧。在执行放松和加紧操作时，要设置有执行机构作为驱动装置。

图2抓手构想示意图

2.2 具体设计

经过上述分析，抓手进行以下设计，根据国网计量标准，三相智能电能表的尺寸为170mm，采集中终端的尺寸为180mm，设置两夹爪之间的中心距为191.5mm，保证采集终端和智能电能表夹爪容腔的固定距离。同一夹爪容腔两夹爪之间的距离为186.4mm，因此相对于170mm以及180mm的尺寸就有足够大的活动余量，能够保证这两种物料的抓取。抓手还设置有基板、夹爪、夹爪安装板、连接板、调速阀、电磁阀组件、滑台、气缸等组件。气缸设置在滑台上，能够来回运动，调节夹爪之间的距离。夹爪安装在夹爪安装板上，当物体被抓取其，两夹爪之间能够扣紧收起，确保紧扣物体，不至于物料下滑。

图3抓手设计图

3 突出的技术特点

本设计的夹爪距离能够自动调整间距，能够根据智能电能表和采集终端物料本身的大小自动调节夹爪，实现兼容三相智能电能表和采集终端的尺寸要求。同时能对物料进行精确定位，减少移动误差，降低移栽过程中的表体受损率，提高电能表放置到线体装置或则工装板上以及逆向放置的精度和准确度，便于电能表移载过程中的各项操作，自动化程度高，生产效率高。

4 结语

根据机器人工业的发展现状，引入了机器人在智能表及采集终端流水线的发展需要，阐述了机器人抓手基于流水线的特殊需要应当考虑的几个关键部分。通过对机器人抓手的理论研究以及当前流水线需求的特定需要，展开了对抓手的设计，给出了抓手的构件组成和主要的设计尺寸，描述了抓手的图突出的技术特点。

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