柔性夹具装配中自由度可重构机械手设计方案书.docVIP

文献出处网址： /Xplore/login.jsp?url=http%3A%2F%2F%2Fiel5%2F7916%2F21826%2pdfauthDecision=-203 文献出处翻译示例: /other/ieee.htm 柔性夹具装配中的六自由度重构机械手 Benny H. B. Yeung and James K. Mills, Member, IEEE 摘要:本文主要描述了基于使用柔性夹具(FFA)的机器人的六自由度重构机械手FFA是一种新的技术，例如在汽车车身装配中，对零部件的夹持和装配多采用多爪机械手机器人来取代传统夹具。而本文的目标就是设计、制造并测试用于FFA的可重构机械手整体设计分为概念，配置和参数化设计部件模拟挠度确定关键设计参数汽车车身面板重构机械手设计自动化灵巧机械臂有限元法机器人运动学 I.绪论 (FFA)的发展逐渐取代了传统固定夹具。在装配中使用传统夹具不仅费钱而且制造和安装都需要很长的时间。而这种新型可重构机械手FFA技术，不但可以进行夹持处理同时还能起到固定板钣金件$100万到$200万[2]。 一种被称作FFA的新技术就很有效的解决了这个难题。在FFA机器人工作单元中，被绑在一起的钣金零件钣金零件1)能夹持各种不同形状和大小的零件； 2)在夹住零件后可以实现快速固定； 3)将零件固定在可以和其它绑定零件进行交换的地方。 总而言之，机械手必须能提供和常规夹具相同的功能同时还要实现可重构机械手的功能。这样的要求一个非常规的设计机械手的设计流程和准则一套机械手设计准则II.背景 在这一部分，主要涉及了可重构机械手设计的相关书籍和理论。整个设计过程是基于各类型的机械手概述了现有的可重构机械手的设计A.物体夹持 为了可以用可重构机械手夹持零部件，首先夹具必须先要固定。 对于刚体来说，自由度(DOF)就是指为了让物体保持特定位置和方向所需要限制的独立参数个数。一个无约束的非平面物体有6个自由度（三个移动和三个旋转的运动）。制约数可以通过和其它物体的接触来实现。文献[4]就对接触形式、约束条件和物体固定进行了详细的讨论。为了固定物体，当机械手一被固定后来自外部任何方向的作用力和其它因素都不能使被夹持的物体滑离机械手[4]。研究表明要完全限制一个非平面物体移动，至少需要在独立的在7个接触点施加力[5]。 B.可重构机械手设计 现在相当多的研究都朝着可重构机械手的方向发展。在文献[6]中可以找到早期有4个交叉配置的手臂组成的4爪可重构机械手的原型。接着由机电和气压驱动的三指机械手出现了，其中每个指尖都有V型槽，并且是为夹持汽车覆盖件所专门设计的[8]。这些机械手都被设计用来进行工业抓举操作，且它们相应的特征也是参照零件的设计过程来确定的。 图1.在试验中所用的雪弗兰车的薄壁车身零件。中间是所有四个零件装配后的视图。 C.车身零件的夹持 既然可重构机械手的设计是为了FFA技术，那么机械手的设计就需要特别根据车身零件来进行设计。这些车身是典型的薄壁零件(1–3mm),且在零件上有用于放置定位销用的工艺孔。零件的尺寸范围可以从几十毫米到超过一百毫米。这对于几何形状复杂又是非平面的两指抓举机械手就很难实现[9] [10]。图1就展示了一套被用于本次夹持试验的典型的车身零件。由于非平面的面板、钣金[11]对柔性夹持面板进行了相关的研究。外部边缘和工艺孔都可以被用作夹持点。加紧点的位置则被设定在当机械手被锁紧后可以形成封闭部分的地方。 D.设计准则 在进行详细设计之前，必须要先考虑相关的设计准则。首先,机械手的工作部位要允许对不同型号的典型面板进行夹持。设计的主要目标就是对车身覆盖件实现夹持。其次当不考虑零件的形状和大小的时候，机械手必须能实现薄壁件的精确快速装配。还有就是典型工业装配定位精度是± 0.5mm，因此机械手的定位精度也要达到同样的目标。再有,机械手设计还必须使焊接过程中相邻面板能充分暴露出来使得焊枪可以进入。最后，机械手必须整合到GMF S-400重型机器人上以满足抓举试验的要求。设计准则总结如表I。 表I 设计准则总结： 设计准则 指尖的运动空间控制在800× 250× 150mm的空间内，同时位置偏差控制在± 0.5mm之内 可以装夹车身薄板件 焊枪必须有足够的空间可以进入 机械手必须可以整合到GMF S-400重型机器人上 E.设计约束 除了上部分对所列出的之外，表II中也列出了可重构机械手设计中的一些限制。 表II 设计约束总结 设计约束 机器人的最大有效载荷是80kg 最大有效载荷的测量取自臂接口的中心的一个高500mm半径250mm的圆柱形范围内 III.设计流程 鉴于第二部分所呈现的