紅酒開瓶器與倒酒組合裝置的設(shè)計(jì)

鄧小海

（河源理工學(xué)校，廣東河源 517000）

0 前言

紅酒開瓶器與倒酒組合裝置是工業(yè)機(jī)器人夾具之一，該夾具是基于工業(yè)機(jī)器人開啟紅酒與倒酒實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為工業(yè)機(jī)器人與五軸銑床配合實(shí)現(xiàn)智能制造的一個(gè)典型案例[1]。

1 夾具的創(chuàng)新點(diǎn)

本夾具結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝拆卸，制作成本低，作為機(jī)械教具可鍛煉學(xué)生的動手組裝能力。該夾具安裝在工業(yè)機(jī)器人手臂上，并且通過與機(jī)器人手臂配合應(yīng)用，通過工業(yè)機(jī)器人手臂控制可自動完成精準(zhǔn)抓放、插入和拔出等動作。可鍛煉學(xué)生的機(jī)械精密操作能力，提高學(xué)生的工業(yè)機(jī)器人編程能力與應(yīng)用能力，達(dá)到實(shí)踐學(xué)習(xí)的效果[2]。

2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 夾具技術(shù)方案

本夾具由鉆桿和機(jī)械氣爪兩部分組成[3]。鉆桿一端設(shè)有扁柄頭，扁柄頭通過壓板壓固在連接法蘭上；連接法蘭上另有機(jī)械氣爪；機(jī)械氣爪左右兩側(cè)設(shè)有對稱的機(jī)械手指；機(jī)械手指設(shè)有大弧口和與大弧口相鄰的小弧口。本夾具通過連接法蘭與工業(yè)機(jī)器人法蘭固定在工業(yè)機(jī)器人第六軸上；機(jī)械氣爪通過工業(yè)機(jī)器人手臂控制運(yùn)動，從而帶動機(jī)械手指張開或并攏；機(jī)械手指的大弧口和小弧口可對應(yīng)抓拿大物件和小物件。通過工業(yè)機(jī)器人手臂移動實(shí)現(xiàn)開瓶器插入和拔出動作，學(xué)生可通過操作安裝有本夾具的工業(yè)機(jī)器人手臂，鍛煉操作機(jī)器人手臂精密抓放物件和完成精準(zhǔn)拔插動作，且結(jié)構(gòu)簡單容易拆卸，制作成本低[4]。

鉆桿設(shè)有螺旋鉆頭，螺旋鉆頭容易鉆入軟材質(zhì)物件內(nèi)，從而將物件拔出。鉆桿另一頭連接法蘭上設(shè)有與扁柄頭相配合的扁柄頭槽。將扁柄頭安裝在扁柄頭槽內(nèi)并通過壓板壓固在連接法蘭上，可提高鉆桿的穩(wěn)固性，避免鉆桿進(jìn)行拔插時(shí)脫落。

機(jī)械氣爪包括固定底座和活動爪柄。固定底座設(shè)有前底座塊和后底座塊，前底座塊和后底座塊之間設(shè)有與活動爪柄相配合的爪柄安裝槽，活動爪柄活動安裝在爪柄安裝槽內(nèi)，機(jī)械手指與活動爪柄固定連接。機(jī)械氣爪的活動爪柄通過氣缸驅(qū)動向左右兩邊移動，從而使機(jī)械手指完成夾取和松開的動作。機(jī)械手指內(nèi)側(cè)分別設(shè)有與大弧口相配合的大海綿條及與小弧口相配合的小海綿條。在大弧口和小弧口內(nèi)設(shè)置的海綿條在夾取物件時(shí)起緩沖夾持壓力的作用，可有效保護(hù)物件。

圖1 夾具的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 夾具應(yīng)用舉例

為了更好地理解本夾具的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)例及圖2、3對本夾具產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖2 工業(yè)機(jī)器人安裝夾具圖

圖3 五軸銑床工作臺簡圖

（1）開瓶過程。首先，將本夾具安裝在工業(yè)機(jī)器人手臂7上，通過控制器71控制工業(yè)機(jī)器人手臂7驅(qū)動機(jī)械手指6張開并將大弧口61扣入酒瓶，合上機(jī)械手指6，從而將酒瓶穩(wěn)固夾住，并將酒瓶放入固定裝置8內(nèi)，并用環(huán)形固定箍81將酒瓶固定好，松開機(jī)械手指6，通過固定裝置8帶動酒瓶逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；鉆桿1垂直于酒瓶的軟瓶塞中心，控制工業(yè)機(jī)器人手臂2帶動鉆桿1往下插入軟瓶塞內(nèi)；當(dāng)完成插入瓶塞后，固定裝置8停止旋轉(zhuǎn)，工業(yè)機(jī)器人手臂7帶動鉆桿1向外拔出軟瓶塞，完成插入和拔出的動作[5]。

（2）倒酒過程：再控制機(jī)械手指6張開并將大弧口61扣入酒瓶，合上機(jī)械手指6，從而將酒瓶從固定裝置內(nèi)取出，將酒瓶靠近酒杯后傾斜瓶口使酒瓶內(nèi)的酒倒入酒杯內(nèi)，將酒瓶扶正放在平臺上后，再控制機(jī)械手指6張開并將小弧口62扣入酒杯的杯腳上，即可端起酒杯，完成小部件的抓取動作[6]。

3 夾具應(yīng)用前景

本夾具是基于工業(yè)機(jī)器人教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目需求開發(fā)出來的一款?yuàn)A具，利用工業(yè)機(jī)器人與五軸數(shù)控銑床之間數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)全自動配合完成紅酒瓶的開啟與倒酒功能，具有如下的應(yīng)用前景[7]。

（1）結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝拆卸。本夾具根據(jù)工業(yè)機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)，安裝在工業(yè)機(jī)器人手臂上即可使用，且采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，可鍛煉學(xué)生動手組裝能力，且容易安裝拆卸，便于更換夾具[8]。

（2）與機(jī)器人手臂配合應(yīng)用，鍛煉學(xué)生操作機(jī)械完成精密動作操作。本夾具安裝在機(jī)器人手臂上，學(xué)生通過編程控制機(jī)器人手臂完成夾放和拔插等精密動作，提高學(xué)生操作機(jī)械完成動作的精確度，達(dá)到實(shí)踐學(xué)習(xí)的效果[4]。

（3）該夾具經(jīng)過改良設(shè)計(jì)，可以作為工業(yè)機(jī)器人工業(yè)應(yīng)用使用，具有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，且已申請實(shí)用新型專利。