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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 3T1R新型四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手創(chuàng)新設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 伴隨食品、醫(yī)藥、電子等輕工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于后包裝生產(chǎn)線的機(jī)械自動(dòng)化及衛(wèi)生安全等方面提出越來(lái)越高的要求。本項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際需求，通過(guò)分析工作時(shí)所需抓放動(dòng)作，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個(gè)方向平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的3T1R四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手，以便實(shí)現(xiàn)空間移位和擺放在一道工序內(nèi)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)分析預(yù)測(cè)，該機(jī)械手可以達(dá)到10-15g的加速度，實(shí)現(xiàn)抓取次數(shù)達(dá)100-120次/min。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目在對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和不足的情況下，利用機(jī)構(gòu)綜合方法綜合出了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的機(jī)構(gòu)，建立了機(jī)構(gòu)的原理控制模型，利用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動(dòng)力矩最小的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機(jī)構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，并配套完成機(jī)械手控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和搭建工作。從規(guī)模生產(chǎn)效益和效率匹配的角度分析預(yù)測(cè)，該類(lèi)機(jī)械手的自動(dòng)抓取次數(shù)為100-120次/min,在一定空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，抓取加速度可達(dá)10-15g。 與國(guó)外開(kāi)發(fā)的類(lèi)似機(jī)構(gòu)不同之處在于，3T1R四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手的主體結(jié)構(gòu)采用可實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)的空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱等功能，同時(shí)通過(guò)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以實(shí)現(xiàn)物料的順序擺放動(dòng)作，克服了類(lèi)似機(jī)構(gòu)存在的缺陷。同時(shí)，主體采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，無(wú)需冗余驅(qū)動(dòng)，所有驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)架上，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負(fù)載能力，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)大范圍平動(dòng)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 伴隨機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，在電子、輕工、食品以及醫(yī)藥等行業(yè)中, 通常需要以很高的速度完成諸如包裝、分揀等抓放(pick-and-place)操作, 且被操作對(duì)象具有體積小、重量輕的特征。尤其在食品，醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)線上物料相對(duì)輕小，而且需要避免污染，為了提高自動(dòng)化程度和保證產(chǎn)品質(zhì)量，通常需要高速物流線貫穿整個(gè)生產(chǎn)和包裝過(guò)程，從而一種流程型生產(chǎn)物流信息化概念為眾多食品，醫(yī)藥廠家所采納。 圍繞上述需求，本項(xiàng)目在對(duì)比國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和不足的情況下，利用機(jī)構(gòu)綜合方法綜合出了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的機(jī)構(gòu)，建立了機(jī)構(gòu)的原理控制模型，利用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動(dòng)力矩最小的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機(jī)構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，并配套完成機(jī)械手控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和搭建工作。從規(guī)模生產(chǎn)效益和效率匹配的角度分析預(yù)測(cè)，該類(lèi)機(jī)械手的自動(dòng)抓取次數(shù)為100-120次/min,在一定空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，抓取加速度可達(dá)10-15g。 與國(guó)外開(kāi)發(fā)的類(lèi)似機(jī)構(gòu)不同之處在于，3T1R四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手的主體結(jié)構(gòu)采用可實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)的空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱等功能，同時(shí)通過(guò)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以實(shí)現(xiàn)物料的順序擺放動(dòng)作，克服了類(lèi)似機(jī)構(gòu)存在的缺陷。同時(shí)，主體采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，無(wú)需冗余驅(qū)動(dòng)，所有驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)架上，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負(fù)載能力，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)大范圍平動(dòng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)在結(jié)合國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)機(jī)構(gòu)綜合的方法提出同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間大范圍內(nèi)平動(dòng)和一轉(zhuǎn)動(dòng)的四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一種創(chuàng)新型機(jī)械構(gòu)型。本設(shè)計(jì)與同類(lèi)產(chǎn)品相比提出了一種更加合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，克服了類(lèi)似機(jī)構(gòu)的缺陷，同時(shí)改善實(shí)現(xiàn)末端手爪轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，有效地延長(zhǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命。 本設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在末端平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案，動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)創(chuàng)新采用分開(kāi)式方案，通過(guò)末端上下平臺(tái)在豎直方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)利用螺母絲杠結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)末端手爪的轉(zhuǎn)動(dòng)。在該部分的設(shè)計(jì)中，同時(shí)創(chuàng)新引入雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，有效地減輕高速運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)于絲杠和螺母的摩擦，延長(zhǎng)了機(jī)械結(jié)構(gòu)使用壽命。同時(shí)，創(chuàng)新采用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動(dòng)力矩最小的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機(jī)構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，有效提升機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專(zhuān)利使用權(quán)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物，錄像，現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 高速并聯(lián)機(jī)構(gòu)自Delta機(jī)構(gòu)發(fā)明以來(lái)，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在電子、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)線的后包裝領(lǐng)域取得了重要應(yīng)用。本設(shè)計(jì)在上述行業(yè)后包裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱等工序，同時(shí)實(shí)現(xiàn)物料的位姿擺放，在很大程度上提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動(dòng)力成本。目前，該類(lèi)機(jī)械手主要在發(fā)達(dá)國(guó)家的輕工、電子、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域發(fā)揮作用，并創(chuàng)造了巨大的社會(huì)價(jià)值。隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的上升，以機(jī)械代替人工趨勢(shì)必將不斷加強(qiáng)。而且，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化趨勢(shì)將逐漸顯露，對(duì)于生產(chǎn)效率的追求也必將越來(lái)越明顯。所以，該類(lèi)應(yīng)用型機(jī)械的開(kāi)發(fā)在未來(lái)將具備強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 目前，全球的包裝機(jī)械需求每年以5.3%的速度增長(zhǎng)，2005年達(dá)到290億美元。美國(guó)擁有最大的包裝設(shè)備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還來(lái)自德國(guó)、意大利和中國(guó)。但目前包裝機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)增長(zhǎng)最快的是在發(fā)展中的國(guó)家和地區(qū)。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)器人已在食品、醫(yī)藥行業(yè)的后包裝成套裝備／自動(dòng)化生產(chǎn)線中得到應(yīng)用。例如，美國(guó)Adept Technology公司生產(chǎn)的Cobra系列2.0 SCARA機(jī)器人，ABB公司生產(chǎn)的IRB 340 Flex Picker機(jī)器人，德國(guó)Bosch SIGPack Systems公司生產(chǎn)的X系列機(jī)器人等已在北美和歐洲開(kāi)始用于食品、日用化妝品及瓶(袋)裝藥品的后包裝。 國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械廠家有專(zhuān)業(yè)研究開(kāi)發(fā)廠家很少，這也是我國(guó)的不足之處。但在國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械廠家不斷努力下國(guó)內(nèi)的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能等方面有了不錯(cuò)的成就,特別是啤酒、飲料灌裝設(shè)備具有高速、成套、自動(dòng)化程度高、可靠性好等特點(diǎn)。還有食品包裝機(jī)技術(shù)上大幅改進(jìn)，機(jī)電一體化的出現(xiàn)，使自動(dòng)化包裝機(jī)設(shè)備的需求激增，未來(lái)數(shù)年各種食品包裝機(jī)械的需求將快速增長(zhǎng)。 隨著市場(chǎng)的變化，國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械也在不斷成長(zhǎng)中，國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械廠商向開(kāi)發(fā)快速、成本較低的包裝設(shè)備方向發(fā)展，且已經(jīng)具備包裝機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的公司對(duì)未來(lái)產(chǎn)品更新或增加包裝機(jī)械生產(chǎn)線的比例將上升，特別是食品、飲料及制藥業(yè)的需求最為殷切。現(xiàn)今國(guó)內(nèi)比較有實(shí)力的包裝機(jī)械制造商有江蘇群杰包裝機(jī)械、廣州澳特包裝機(jī)械、河南星火包裝機(jī)械等等。
