兼容三相電能表及采集終端的機(jī)器人抓手的研究與設(shè)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(jī)器人對不同的物料進(jìn)行上料、下料時，能夠同時使用同一種抓手進(jìn)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(jié)合實際需求對抓手進(jìn)行了設(shè)計，給出了抓手突出的技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；上料；下料；抓手；三相電能表；采集終端

隨著現(xiàn)代化物流行業(yè)的飛速發(fā)展，自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)逐步融入到工業(yè)設(shè)計的過程中，工業(yè)機(jī)器人作為最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，對工業(yè)以及未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著非常重要的作用。在整個工業(yè)生產(chǎn)體系中，機(jī)器人的應(yīng)用已成為了發(fā)展的必然趨勢，這為工業(yè)機(jī)器人的研究、開發(fā)、帶來了很大的便利。機(jī)器人技術(shù)對科技的進(jìn)步以及人類社會的進(jìn)步起著非常重要的作用，作為工業(yè)過程中自動化生產(chǎn)先進(jìn)的設(shè)備，在電能表和采集終端倉儲接駁和上下料作業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。在本文中，根據(jù)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(shè)計一種新型的機(jī)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(tǒng)的分立式抓手具有明顯的技術(shù)進(jìn)步性。

1 機(jī)器人抓手的理論研究

在研究機(jī)器人抓手設(shè)計中，采用空間矢量的方式進(jìn)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(shè)機(jī)器人抓手的矢量元組為（p，a，o，d），其中p為抓手遠(yuǎn)點(diǎn)的位置矢量，a定義為向物體運(yùn)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(jìn)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(wěn)定性要充分考慮物體與抓手的接觸面積以及抓取點(diǎn)與放置點(diǎn)的距離。

圖1機(jī)器人抓手幾何模型的建立

2 機(jī)器人抓手的設(shè)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(jī)器人抓手，配合機(jī)器人的三維運(yùn)動，應(yīng)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(shè)計構(gòu)想

滿足上述設(shè)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(shè)置與物料相匹配的尺寸和大小，并且在夾爪之間要設(shè)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(zhí)行放松和加緊操作時，要設(shè)置有執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動裝置。

圖2抓手構(gòu)想示意圖

2.2 具體設(shè)計

經(jīng)過上述分析，抓手進(jìn)行以下設(shè)計，根據(jù)國網(wǎng)計量標(biāo)準(zhǔn)，三相智能電能表的尺寸為170mm，采集中終端的尺寸為180mm，設(shè)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(shè)置有基板、夾爪、夾爪安裝板、連接板、調(diào)速閥、電磁閥組件、滑臺、氣缸等組件。氣缸設(shè)置在滑臺上，能夠來回運(yùn)動，調(diào)節(jié)夾爪之間的距離。夾爪安裝在夾爪安裝板上，當(dāng)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(shè)計圖

3 突出的技術(shù)特點(diǎn)

本設(shè)計的夾爪距離能夠自動調(diào)整間距，能夠根據(jù)智能電能表和采集終端物料本身的大小自動調(diào)節(jié)夾爪，實現(xiàn)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(jìn)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(zhǔn)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(chǎn)效率高。

4 結(jié)語

根據(jù)機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，引入了機(jī)器人在智能表及采集終端流水線的發(fā)展需要，闡述了機(jī)器人抓手基于流水線的特殊需要應(yīng)當(dāng)考慮的幾個關(guān)鍵部分。通過對機(jī)器人抓手的理論研究以及當(dāng)前流水線需求的特定需要，展開了對抓手的設(shè)計，給出了抓手的構(gòu)件組成和主要的設(shè)計尺寸，描述了抓手的圖突出的技術(shù)特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 戈新生，張奇志，劉延柱.基于遺傳算法的空間機(jī)械臂運(yùn)動規(guī)劃的最優(yōu)控制[J].空間科學(xué)學(xué)報.2000（02）：185-191.

[2] 任艷青，馬保離.基于后退設(shè)計的空間機(jī)器人系統(tǒng)的自適應(yīng)控制[J].航空學(xué)報.2007（02）：490-494.

[3]劉慶運(yùn)，錢瑞明，顏景平.機(jī)器人多指手及其抓取機(jī)制的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代制造工程.2007（09）：148-152.

[4]吳玉光，戚海永.多邊形對象四指抓取規(guī)劃方法[J].中國機(jī)械工程.

2006（S2）：82-85.

[5]王燕，周浚哲.智能機(jī)器人的一種新路徑規(guī)劃算法[J].控制工程.

2006（S2）：171-172.

[6]譚冠政，徐雄，肖宏峰.工業(yè)機(jī)器人實時高精度路徑跟蹤與軌跡規(guī)劃[J].中南大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版.2005（01）：102-107.

[7]劉宏，G.Hirzinger.智能機(jī)器人靈巧手的研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報.

2003（03）：317.