摘要:根據(jù)對(duì)送料機(jī)器人動(dòng)作需求分析結(jié)合自由度分析法確定機(jī)器人的綜合構(gòu)型;借助solidworks軟件對(duì)送料機(jī)人進(jìn)行三維虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)并繪制其裝配圖以及關(guān)鍵零部件的二維零件圖;提出將機(jī)器人手臂裝載在桁架上的設(shè)計(jì)思路,進(jìn)一步增強(qiáng)送料機(jī)人的工作空間,并借助伺服電機(jī)提高其完成相應(yīng)配送動(dòng)作的響應(yīng)速度。
關(guān)鍵詞:機(jī)器人;機(jī)械手;配送;桁架;伺服電機(jī)
0 引言
對(duì)中央廚房而言,自動(dòng)配料一直是需要解決的難點(diǎn);對(duì)不同的食材、調(diào)料、油料等配料的自動(dòng)配送,目前還沒有很好的解決方案。所以加快對(duì)中央廚房配送料機(jī)器人的研究顯得尤為重要。
1 配送料機(jī)器人構(gòu)型綜合設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)送料機(jī)人機(jī)械手臂動(dòng)作分析,為了能使機(jī)械手將食材送入鍋中,機(jī)械手臂在其x軸方向必須具備一個(gè)的轉(zhuǎn)動(dòng)副初定于圖1中轉(zhuǎn)動(dòng)副4所示。由于機(jī)械手還需送取調(diào)料,所以又需要添加2,3兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副來模仿手臂動(dòng)作。
送料機(jī)器人手臂完成相應(yīng)工作需求步驟如下:首先,結(jié)合1處繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)副,通過絲桿完成上z軸方向的平動(dòng),這樣就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂1到關(guān)節(jié)2上的z軸上的自由度,利用傳動(dòng)導(dǎo)軌和傳動(dòng)齒條,實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)1到2的x軸上移動(dòng)和y軸方向的移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)第一節(jié)的6個(gè)自由度。其次,在關(guān)節(jié)2處加了轉(zhuǎn)動(dòng)副,實(shí)現(xiàn)了x和y的轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí),關(guān)節(jié)1的擺動(dòng)可實(shí)現(xiàn)2處z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。最后,在關(guān)節(jié)3處也加了轉(zhuǎn)動(dòng)副,2關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了3處的x和y、z軸的轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)節(jié)1處的絲杠傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)了x和y的平動(dòng),并且利用了2處的轉(zhuǎn)動(dòng)也實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)4處的轉(zhuǎn)動(dòng)。從而最終該構(gòu)型設(shè)計(jì)達(dá)到中央廚房送料機(jī)器人的工作需求,其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。
2 送料機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)過程及原理
運(yùn)動(dòng)過程:整個(gè)機(jī)械手有六個(gè)自由度,機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍廣,可以準(zhǔn)確而靈活的抓到相應(yīng)的菜籃子,和固體調(diào)料。選用的電機(jī)和機(jī)械手臂通過嚴(yán)格的計(jì)算和實(shí)際檢驗(yàn),能夠在機(jī)械手臂抓取菜籃子的時(shí)候做到快、穩(wěn)、準(zhǔn),以實(shí)現(xiàn)從傳送帶上抓菜籃子,然后在輸送菜籃子的過程中,保持運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn),最后翻轉(zhuǎn)菜籃子這一動(dòng)作的實(shí)現(xiàn),再把菜籃子放回傳送帶上。
原理:利用電機(jī)驅(qū)動(dòng),機(jī)械臂可有六個(gè)自由度,實(shí)現(xiàn)抓菜籃子和固體調(diào)料的基本動(dòng)作。利用機(jī)械臂最后末端的執(zhí)行件,電磁鐵實(shí)現(xiàn)抓住這一動(dòng)作,其中包括取菜、送菜、帶菜、還菜籃子到傳送帶上的過程,送料機(jī)器人機(jī)械手臂二維圖如圖2所示。
3機(jī)械手三維造型
根據(jù)送料機(jī)器人機(jī)械手臂構(gòu)型設(shè)計(jì)利用solidworks軟件進(jìn)行三維虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)如圖3所示。
4 機(jī)械手安裝在桁架的方案
考慮到現(xiàn)實(shí)情況,在廚房的屋梁結(jié)構(gòu)下,用桁架結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn);
①桁架結(jié)構(gòu)常常用于向廚房、廠房、體育館等公共建筑,由于大多用于屋蓋結(jié)構(gòu),所以桁架結(jié)構(gòu)也被稱為屋架。
②桁架結(jié)構(gòu)主要承受壓力和拉力,可以充分發(fā)揮材料的性能和作用,可以節(jié)約材料,而且整個(gè)結(jié)構(gòu)輕盈、跨距大、受力體系簡(jiǎn)單。
③桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝、制造都方便簡(jiǎn)單,故應(yīng)用廣泛。
4.1 桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了節(jié)省空間,提高空間利用率,采用桁架連接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。桁架架設(shè)在廚房的上空,大大利用了原本被浪費(fèi)掉的廚房上部空間,提高了廚房的空間利用率,空間利用率的提高意味著利潤(rùn),因此,從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā),桁架的架設(shè)是十分明智的。通過查找資料,以及研究對(duì)比后,決定了桁架使用絲杠傳動(dòng)的方式來進(jìn)行移動(dòng)。對(duì)于機(jī)械手的移動(dòng)方式上,我選擇了通過滾珠絲杠來完成傳動(dòng),參照了3D打印機(jī)的絲桿經(jīng)典傳動(dòng),利用絲桿精確的傳動(dòng),以便實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的z軸的上下移動(dòng)以及X軸的前后移動(dòng)。絲桿傳動(dòng)把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng),可以精確控制機(jī)械手在z軸方向的移動(dòng)。在豎直方向上,通過在絲杠的兩遍安裝兩根光桿以達(dá)到導(dǎo)軌的效用,而在水平方向上,在桁架的上表面安裝了兩條導(dǎo)軌,用以配合絲杠傳動(dòng),其三維裝配圖如圖4所示。
結(jié)語(yǔ)
桁架為導(dǎo)軌,電機(jī)為驅(qū)動(dòng)件和減速器相連,輸出合適的轉(zhuǎn)速和扭矩,控制最終末端執(zhí)行元件機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。配送料機(jī)器人的執(zhí)行功能分為三大部分,第一是絲杠和機(jī)械手在桁架上的移動(dòng),第二機(jī)械手關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),第三末端電磁鐵與相應(yīng)的菜籃子的接口配合運(yùn)動(dòng)。首先,整個(gè)系統(tǒng)通電,電機(jī)開始工作,帶動(dòng)減速器開始運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)際情況,灶臺(tái)和傳送菜籃子的傳送帶上的菜籃子,調(diào)料臺(tái)固體調(diào)料的位置進(jìn)行相關(guān)的工作。參照各種菜的流程,預(yù)先設(shè)計(jì)好調(diào)料放的次序和用量,包括油料和液體、固體調(diào)料的混合放置及一起放入。然后,在此期間還要同時(shí)兼顧機(jī)械手拿菜的時(shí)機(jī),做到菜在最準(zhǔn)確的時(shí)間下鍋,調(diào)料在最正確的火候下鍋并嚴(yán)格控制其量的輸出。最后,還要根據(jù)實(shí)際狀況,對(duì)不同的菜系有不同做法,不同量的菜量選出適合的調(diào)料用量,使得菜品風(fēng)味更佳。
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作者簡(jiǎn)介:沈茂松(1968-),男,漢族,江蘇揚(yáng)州,揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,??莆膽{,技師,機(jī)械加工及熱處理.
(揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械學(xué)院?江蘇?揚(yáng)州?225127)