原创《循环箱体的拆跺机器人末端执行器设计》：本论文为免费优秀的关于循环箱体论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：针对循环烟箱的性能特点,设计了气动吸盘与机械夹具相结合的拆跺机器人末端执行器,并构建了相配套的真空发生系统和自闭吸盘系统,确定了该机器人末端执行器能够实现对循环烟箱的稳定高效拆跺,探索了机器人技术在绿色包装中的实际应用.
关键词：机电；循环纸箱；末端执行器；拆跺
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.129
“机器人的末端执行器是安装在移动设备或者机器人手臂上,使其能够拿起一个对象,并且具有处理、传输、夹持、放置和释放对象到一个准确的离散位置等功能的机构” [1].仅烟草行业每年回收利用的循环烟箱总量超过2千万个,由于循环烟箱已经历了多个周期的运输、挤压以及瓦楞纸板本身的强度衰减,其抗压强度以及接触面的平整性等都已降低,这也对循环烟箱的拆跺机器人末端执行器的应用性能提出了更高要求.
1 总体分析
循环烟箱的拆垛机器人末端执行器,不仅需要实现对烟箱的稳定吸取、放置,还应克服循环烟箱恶劣的接触表面性能（封合不严密、灰尘等）,以及人工码垛带来的位置偏差吸取、移动过程中的晃动等,因此除了采用合适的气动吸取结构外,还应辅以合理的夹具机构,以双重保障来实现末端执行器的稳定工作.既利用吸盘系统取放动作的高效性,又借助夹具机构的稳定性,最终确保整套末端执行器稳定高效.
2 机械结构设计
拆跺机器人末端执行器的机械结构设计要点包括：一是适应上下升降、左右旋转、前后移动六个基本动作；二是适应各种外形尺寸的循环烟箱；三是能够承载至少50kg 以上的物体的静态和动态重量；四是整个机械结构重量要轻量化,降低机器人本体的运行负荷；五是机械结构应适应气动驱动的需求,与气动元件能够良好配合,并为气动元件提供必要的安装空间；六是整套机械结构牢固稳定.
针对设计要点,提出如上图的机械结构设计方案：一是上部夹板配合吸盘结构,实现吸盘系统的上下提降动作；左夹板进行限位固定,确保前后移动中箱体的稳定；底部托叉在循环烟箱提起后进行托举,使旋转中的烟箱保持稳定；二是夹具结构基本采用不锈钢型材,主体使用镂空板材和柱状杆进行结合,并利用钣金弯管和加强筋结构,提高夹具的整体强度；三是为上部整体采用轻量铝合金材料构成环形框架,框架上部采用方形板进行连接,既加强框架稳定性,同时为上部的气动元件安装提供支撑平台；四是底部托叉为配合滚轴传输机构,采用柱状结构,托叉直接可放置在滚轴安装间隙中,实现了拆垛后烟箱与输送机构的无缝对接,并对底托在整体弯折后进行抛光、倒圆处理,使进叉动作更加平顺.
3 气动机构设计分析
气动机构的设计要点包括：一是可适应不同表面质量的循环烟箱；二是可适应由人工堆垛及长途运输后造成的跺形位置不准确；三是由于烟箱多次重复使用,纸箱表面质量严重下降,纸箱表面材质变软,而且还会有部分烟箱封口处破损,机器人在吸取时烟箱上表面时变形会很大,严重影响烟箱的抓取,气动系统要克服循环烟箱的此类不良状态；四是烟箱由于长途运输及循环利用,表面附着有大量灰尘,容易堵塞吸盘及真空发生器,从而影响烟箱的抓取,应对气源系统的前端和后端均进行彻底过滤,确保气动系统的稳定；五是由于烟箱为竖直放置抓取,烟箱重心偏下,当机器人抓取烟箱做水平移动时,烟箱会有明显的晃动,会导致吸盘与烟箱分离,烟箱掉落.
一是使用带自闭阀的吸盘.当烟箱与夹具发生位置错位或是有部分吸盘与烟箱分离时,吸盘部分吸孔发生真空泄漏,夹具系统能自动关闭已泄露的吸孔,不至于影响其它吸孔的吸取,真空度始终保持在较高的水平上,保证了搬运过程中烟箱不掉落；二是夹具吸盘采用多褶皱吸盘,弥补纸箱的变形,使吸盘与纸箱在抓取过程中始终紧密的贴合；三是在储气罐后端加入各类过滤装置,并在吸盘前端加装过滤网,同时采用大流量的真空发生器,可以将灰尘直接排出,确保抓取中动作稳定性.
4 关键结构的设计
（1）真空吸附系统的基本设计.循环烟箱拆跺中的提升需要真空负压产生的吸附力,由于循环烟箱表面平整度不良,灰尘、毛刺及刮痕多,对真空吸附能力提出了更高的要求,选用可靠性高、反应快速、高效低噪、振动极小的真空发生器,利用其高速射流卷吸走负压腔内的气体,使腔内形成很低的真空度,再在真空口处接上真空吸盘,靠真空压力和吸盘吸取物体.具体设计方案如下图2.
（2）自闭功能吸盘系统的设计.在个体吸盘的选用上,针对循环烟箱粗糙不平的表面对局部个体吸盘的影响,采用长波纹吸盘并加入自闭阀进行配合,构成特有的带自闭功能的长波纹吸盘个体.当循环烟箱上表面的局部位置无法与吸盘个体良好贴合,或者由于人工码垛造成烟箱位置偏差,使吸盘作用位置为两件烟箱缝隙当中时,此吸盘个体的自闭阀自动关闭,不对整个单元的真空度构成影响.
通过与某机械手制造公司进行联合开发,在武汉烟草卷烟物流配送中心对设计的末端执行器机构进行了实际应用,经过对循环烟箱的自动拆跺测试,该套末端执行器的基本性能稳定,拆跺效率可达850件/小时,能够适应表面性能比较恶劣的各类循环烟箱.
5 总结
本文通过对循环箱体的自动拆跺机器人末端执行器的应用研究,分析形成了特有的气动吸盘与机械夹具相结合的末端执行机构,并构建了相配套的真空发生系统和带自闭功能吸盘系统经过实际制造使用,确定了该机器人末端执行器能够实现对循环烟箱的稳定高效拆跺,本文是机器人末端执行器机构在绿色包装领域的一次成功应用研究,对回收纸箱、循环纸箱、废料制箱体等重复利用型箱体实施自动拆跺技术均具有良好的借鉴意义.
参考文献：
[1]李晓刚,刘晋浩.码垛机器人的研究与应用现状问题及对策[J].包装工程,2011,32（03）：96+102.
[2]杨传民,田少龙,杨锰,侯红红.码垛机器人的研究与应用现狀问题及对策[J].包装工程,2014,35（03）：60-62.
[3]刘宏伟,王效杰,梁艳阳,张健.机器人末端执行器姿态轨迹规划研究[J].机械设计与制造,2015（04）：28+34.
作者简介：王波（1967-）,男,硕士学位,党员,高级工程师,主任,从事卷烟物流管理与技术工作.
循环箱体论文参考资料：
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