兼容三相電能表及采集終端的機器人抓手的研究與設計

李霖 翟曉卉 孫艷玲 何毓函 劉麗君

摘 要：由于三相電能表及采集終端一體化流水線檢定的需要，出于對材料、成本以及操作便利的考慮，針對機器人對不同的物料進行上料、下料時，能夠同時使用同一種抓手進行了研究。本文研究的抓手能夠兼容三相電能表和采集終端，通過前期的理論研究結合實際需求對抓手進行了設計，給出了抓手突出的技術特點。

關鍵詞：機器人；上料；下料；抓手；三相電能表；采集終端

隨著現代化物流行業的飛速發展，自動化技術、計算機技術等高新技術逐步融入到工業設計的過程中，工業機器人作為最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，工業機器人是先進制造業的關鍵技術和信息化社會的新興產業，對工業以及未來生產和社會發展起著非常重要的作用。在整個工業生產體系中，機器人的應用已成為了發展的必然趨勢，這為工業機器人的研究、開發、帶來了很大的便利。機器人技術對科技的進步以及人類社會的進步起著非常重要的作用，作為工業過程中自動化生產先進的設備，在電能表和采集終端倉儲接駁和上下料作業中發揮著重要的作用。在本文中，根據智能電能表和采集終端一體化流水線中的被測物料--智能電能表和采集終端的不同，研究和設計一種新型的機器人抓手，能兼容智能表和采集終兩種不同類型的來料，相比傳統的分立式抓手具有明顯的技術進步性。

1 機器人抓手的理論研究

在研究機器人抓手設計中，采用空間矢量的方式進行，其幾何模型如下：在本理論中，L、W、H分別為抓手的長、寬、高。假設機器人抓手的矢量元組為（p，a，o，d），其中p為抓手遠點的位置矢量，a定義為向物體運行的接近矢量，o定位為確定抓手平面的方位矢量，d定位為抓手兩爪的開度。如果抓取物體時，則需要定位抓手的位置，定位抓取物體的位置，然后進行自動化控制兩爪的開度和物體的位置及大小，利用自動化控制原理，再將物理抓取。抓放的穩定性要充分考慮物體與抓手的接觸面積以及抓取點與放置點的距離。

圖1機器人抓手幾何模型的建立

2 機器人抓手的設計

基于上述理論研究建立的幾何模型，本文介紹一種能夠兼容智能電能表和采集終端的機器人抓手，配合機器人的三維運動，應用到電能表和采集終端檢定流水線上，抓手既能夠抓取智能電能表，又能抓取采集終端。本文所提到的智能電能表為三相智能電能表，采集終端為專變采集終端Ⅲ型、集中器Ⅰ型。

2.1 抓手設計構想

滿足上述設計要求至少要有2組夾爪，兩組夾爪分別控制不同的物料。由于物料體積不同，夾爪之間的距離設置與物料相匹配的尺寸和大小，并且在夾爪之間要設置有足夠的余量，保證在抓取時能夠自由地放松和加緊。在執行放松和加緊操作時，要設置有執行機構作為驅動裝置。

圖2抓手構想示意圖

2.2 具體設計

經過上述分析，抓手進行以下設計，根據國網計量標準，三相智能電能表的尺寸為170mm，采集中終端的尺寸為180mm，設置兩夾爪之間的中心距為191.5mm，保證采集終端和智能電能表夾爪容腔的固定距離。同一夾爪容腔兩夾爪之間的距離為186.4mm，因此相對于170mm以及180mm的尺寸就有足夠大的活動余量，能夠保證這兩種物料的抓取。抓手還設置有基板、夾爪、夾爪安裝板、連接板、調速閥、電磁閥組件、滑臺、氣缸等組件。氣缸設置在滑臺上，能夠來回運動，調節夾爪之間的距離。夾爪安裝在夾爪安裝板上，當物體被抓取其，兩夾爪之間能夠扣緊收起，確保緊扣物體，不至于物料下滑。

圖3抓手設計圖

3 突出的技術特點

本設計的夾爪距離能夠自動調整間距，能夠根據智能電能表和采集終端物料本身的大小自動調節夾爪，實現兼容三相智能電能表和采集終端的尺寸要求。同時能對物料進行精確定位，減少移動誤差，降低移栽過程中的表體受損率，提高電能表放置到線體裝置或則工裝板上以及逆向放置的精度和準確度，便于電能表移載過程中的各項操作，自動化程度高，生產效率高。

4 結語

根據機器人工業的發展現狀，引入了機器人在智能表及采集終端流水線的發展需要，闡述了機器人抓手基于流水線的特殊需要應當考慮的幾個關鍵部分。通過對機器人抓手的理論研究以及當前流水線需求的特定需要，展開了對抓手的設計，給出了抓手的構件組成和主要的設計尺寸，描述了抓手的圖突出的技術特點。

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