手工毯枪刺机械手模拟装置设计.doc

手工毯枪刺机械手模拟装置设计 手工毯枪刺机械手模拟装置设计 姜林,丁彩红 (东华大学机械工程学院,上海200051) DesignofRobot——handtuftSimulator JIANGLln,DINGCai—hong (CollegeofMechanicalEngineering,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China) 摘要:围绕手工毯枪刺机械手的关键技术,进行 了枪刺机械手模拟试验台装置的设计和计算,完成 了机械手X,y,Z方向移动的传动机构设计和驱动 系统设计,该模拟试验台已用于机械手控制系统和 地毯花型转换软件系统的调试. 关键词:手工毯;枪刺机械手;滚珠丝杆 中图分类号:TH13 文献标识码:B 文章编号:1001—2257(2010)05—0031—03 Abstract:Thisarticledescribesthekeytech— nologiesaboutrobot—handtuft,thencalculatsand designssimulationtestingapparatusofrobot’. handtuft,atlast,completesthedesignofmechani- caltransmissionanddrivingsystemforX,Y,Z threedirectionsmovement.Thesimulationtesting apparatushasbeenusedindebuggingsystemsof robotcontrollingsystemandthesoftwaresystemof carpetpatternconversion Keywords:handmade—carpet;robot— handtuft;ballscrew 0引言 尽管由于手工毯的低效率和长周期使其在地毯 市场份额中占据量很小,但手工毯图案编织的灵活 性和多样性却还是机织地毯无法比拟的[1],尤其在 工艺毯领域.如果能够提高手工毯织造的机械化和 智能化程度,那势必将极大地推动手工毯行业的发 展,更好地保持和提升手工毯市场竞争力. 收稿日期:2010—01一O5 《机械与电子32010(5) 1枪刺机械手的关键技术 手工枪刺地毯形成前后需要经过图案设计,配 色,染纱,胚布,手工图案轮廓绘制,手工枪刺,涂胶, 挂底布和修整等十几道工序加工制作而成.在手工 枪刺地毯的十几道工序中,枪刺机械手的设计主要 是完成手工图案轮廓绘制和手工枪刺这两道最为主 要的工序,手工图案轮廓绘制的目的是为手工枪刺 提供图案的边缘信息和色彩信息,然后手控制电枪 根据各种色彩的轮廓边缘将纱线填充到胚布上,由 此加工出各色各样图案的地毯. 枪刺机械手要模拟手或刺枪的工作方式,驱动 刺针将绒纱刺入胚布,形成绒头或绒圈.机械设计 包括机械手支座(身体)和末端执行器(手)的结构设 计.实现X,y,Z方向的直线运动和Z方向的回转 运动.所以,枪刺机械手实际上是一个4轴联动的 机器人.枪刺机械手的关键技术有:枪刺机械手末 端执行器(Z轴)的机构设计;起绒技术研究;多自由 度机械手连续轨迹控制技术;地毯图像设计和识别 技术研究;地毯花型图案的转换与处理技术. 2枪刺机械手模拟装置设计 2.1刺针机构设计 枪刺机械手模拟试验台简化了机械手末端执行 器的结构,只实现刺针的往复运动(Z方向),而没有 刺针的回转;且用一根水彩笔来代替刺针,通过彩笔 在胚布的点击来模拟刺针的针眼,如图1所示. 图1刺针机构 ? 31? 虽然从工艺上来说这种机构是无法加工出地毯 的,但是其结构简单紧凑,安装方便,可以实现对机 械手控制系统和地毯花型转换软件系统的调试. 刺针的运动是重复往返运动,因此利用曲柄滑 块机构带动水彩笔运动即可实现刺针的运动规律, 其中曲柄圆盘与电机输出轴直接相连作为驱动件, 导轨作为滑块的导向构件,若令曲柄中心与滑块中 心在同一水平中心线上,则曲柄长度一绒高大小. 为了使枪刺机械手可加工高低绒地毯,因此在曲柄 圆盘中设计了2个孔对应2种曲柄,长度分别为8 mm和12mm. 2.2x和y方向的运动性能分析 X,y轴负责的是对地毯图案边缘形状的控制 和填充针位.由地毯枪刺工艺可知,刺针的走位轮 廓是点集构成的,并不是连续的轮廓边缘线而是一 组离散点.也就是说在地毯上呈现的图案轮廓都由 长度相同的折线段组成,每一段线段的长度就等于 针距的大小,因此当针距确定时刺针运动的步长( —step)也就固定.对于X,y方向的控制来说,只要 利用步长方向角便可计算出x,y方向的运动的距 离,根据脉冲当量的大小,即可计算出电机相应转动 角度从而使刺针正确移动到指定的位置. 当刺针在Xy平面内移动一个步长时,刺针应