半球体零件转运末端执行器设计

杨清

摘要：提出了一种用于半球体零件的转运问题的以真空吸盘吸附方式为主的工业机器人末端执行器，并运用Unigraphics NX进行了机械结构设计与三维模型的建立，对关键零部件在Altair Inspire软件中进行了静力学分析，通过设计了多吸盘吸附方式和防跌落手爪配合使用的结构，以达到工作过程更高的安全性。

关键词：末端执行器;真空吸附;半球体零件;静力学分析

0  引言

随着科技的发展与进步，我国工业机器人的使用越发普及[1]，越来越多的行业使用工业机器人，工业机器人对比工人操作拥有更高的生产效率和工作安全性[2]。但工业机器人在抓取和搬运零件时，很大程度上需要根据待抓取的零件的外形形状进行特殊的定制。而且现有的搬运工业机器人的末端执行器多为刚性抓取装置，较容易损坏抓取零件，且抓取位置比较受限，大多数是多面夹取或地面拖取[3]，对于半球体零件的搬运方案比较少，基于此笔者设计了一种半球体零件转运末端执行器，对于一定尺寸范围的半球体零件都可以进行抓取，因为运用了真空吸盘的柔性抓取，所以在抓取过程中也不会伤到半球体零件的表面，还可以通过更换不同尺寸的配件以适应于不同大小的半球体零件的搬运，可以满足生产的现代工厂生产的高效性。

1  机械结构设计

1.1 整体机构设计

针对半球体零件转运问题，设计的末端执行器如图1快换接头用于与工业机器人更快速的连接;运动驱动模块由3个标准气缸驱动，其中1号气缸为吸盘模块的驱动源，负责驱动吸盘模块在竖直方向上移动;2号气缸和3号气缸为防护模块的驱动源，负责同步驱动防护模块工作;吸盘模块为吸盘架与吸盘共同组成，负责吸附半球体零件;防护模块有一个连杆机构构成，负责在吸附模块吸附后防止半球体零件掉落，加强安全性。

当吸附模块吸附半球体零件后，在1号气缸的驱动下离开初始放置点表面后，2号气缸与3号气缸工作，将防护模块的防跌落手爪拉回工作位置，防止半球体零件跌落。如图2。

1.2 吸附模块设计

在吸盘模块的设计上，因为半球体零件的吸附不同于吸盘常规使用中的水平吸附方式，所以对吸盘在常规的吸盘使用中，吸盘一般是用于表面平整、且水平放置的物体，常规使用条件下，吸盘的吸附力公式见式（1）。

2  关键部件分析

使用Altair Inspire，对设计的半球体零件转运末端执行器的防护模块进行静力学分析，分析如果防护模块的防跌落手爪在受到不同的力时的最大应力与最大位移量变化，对防护模块的防跌落手爪施加了不同的均布力进行分析，得到的结果如表1，其中第8次的静力学分析图如图4与图5所示。

通过在Altair Inspire中对防护模块的静力学分析后，可以得到结论，防护模块的防跌落手爪是切实有效的，对制造防护模块的材料选择提供了理论指导。

3  结论

设计了一种可以适应于一定尺寸范围的半球体零件转运的工业机器人末端执行器，得到了用于吸附半球体零件吸盘设计原理，用过静力学分析了防护模块在工作时的变化。这种半球体零件转运末端执行器可以有效的提高半球体零件的转运效率，且能保证其转运过程的安全性。

参考文献：

[1]计时鸣，黄希欢.工业机器人技术的发展与应用综述[J].机电工程，2015，32（1）：1-13.

[2]王田苗，陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报，2014（09）：7-19.

[3]苗登雨，周新，张志伟，等.真空吸盘式多功能抓取装置的設计[J].包装与食品机械，2016（6）.