基本信息
- 項目名稱：
- 3T1R新型四自由度高速并聯(lián)機械手創(chuàng)新設計
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 伴隨食品、醫(yī)藥、電子等輕工業(yè)的快速發(fā)展，對于后包裝生產(chǎn)線的機械自動化及衛(wèi)生安全等方面提出越來越高的要求。本項目結(jié)合實際需求，通過分析工作時所需抓放動作，創(chuàng)新設計出能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個方向平動和一個轉(zhuǎn)動自由度的3T1R四自由度高速并聯(lián)機械手，以便實現(xiàn)空間移位和擺放在一道工序內(nèi)實現(xiàn)。經(jīng)分析預測，該機械手可以達到10-15g的加速度，實現(xiàn)抓取次數(shù)達100-120次/min。
- 詳細介紹：
- 本項目在對比國內(nèi)外同類機構(gòu)的優(yōu)勢和不足的情況下，利用機構(gòu)綜合方法綜合出了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的機構(gòu)，建立了機構(gòu)的原理控制模型，利用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動力矩最小的機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，并配套完成機械手控制系統(tǒng)的開發(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測，該類機械手的自動抓取次數(shù)為100-120次/min,在一定空間內(nèi)運動時，抓取加速度可達10-15g。 與國外開發(fā)的類似機構(gòu)不同之處在于，3T1R四自由度高速并聯(lián)機械手的主體結(jié)構(gòu)采用可實現(xiàn)三平動一轉(zhuǎn)動的空間四自由度并聯(lián)機構(gòu)，通過動平臺拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動自由度，不僅可以實現(xiàn)物料的快速搬運、裝箱等功能，同時通過末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動自由度可以實現(xiàn)物料的順序擺放動作，克服了類似機構(gòu)存在的缺陷。同時，主體采用并聯(lián)機構(gòu)，無需冗余驅(qū)動，所有驅(qū)動器安裝在機架上，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負載能力，可實現(xiàn)動平臺在工作空間內(nèi)大范圍平動。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 伴隨機器人產(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)線上物料相對輕小，而且需要避免污染，為了提高自動化程度和保證產(chǎn)品質(zhì)量，通常需要高速物流線貫穿整個生產(chǎn)和包裝過程，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，本項目在對比國內(nèi)外同類機構(gòu)的優(yōu)勢和不足的情況下，利用機構(gòu)綜合方法綜合出了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的機構(gòu)，建立了機構(gòu)的原理控制模型，利用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動力矩最小的機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，并配套完成機械手控制系統(tǒng)的開發(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測，該類機械手的自動抓取次數(shù)為100-120次/min,在一定空間內(nèi)運動時，抓取加速度可達10-15g。 與國外開發(fā)的類似機構(gòu)不同之處在于，3T1R四自由度高速并聯(lián)機械手的主體結(jié)構(gòu)采用可實現(xiàn)三平動一轉(zhuǎn)動的空間四自由度并聯(lián)機構(gòu)，通過動平臺拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動自由度，不僅可以實現(xiàn)物料的快速搬運、裝箱等功能，同時通過末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動自由度可以實現(xiàn)物料的順序擺放動作，克服了類似機構(gòu)存在的缺陷。同時，主體采用并聯(lián)機構(gòu)，無需冗余驅(qū)動，所有驅(qū)動器安裝在機架上，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負載能力，可實現(xiàn)動平臺在工作空間內(nèi)大范圍平動。
科學性、先進性
- 本設計在結(jié)合國內(nèi)外市場發(fā)展需求的基礎上，通過機構(gòu)綜合的方法提出同時實現(xiàn)空間大范圍內(nèi)平動和一轉(zhuǎn)動的四自由度并聯(lián)機構(gòu)的一種創(chuàng)新型機械構(gòu)型。本設計與同類產(chǎn)品相比提出了一種更加合理的機械結(jié)構(gòu)，克服了類似機構(gòu)的缺陷，同時改善實現(xiàn)末端手爪轉(zhuǎn)動的方式，有效地延長機械結(jié)構(gòu)的使用壽命。 本設計的機構(gòu)設計創(chuàng)新主要體現(xiàn)在末端平臺轉(zhuǎn)動實現(xiàn)方案，動平臺設計創(chuàng)新采用分開式方案，通過末端上下平臺在豎直方向的相對運動利用螺母絲杠結(jié)構(gòu)實現(xiàn)末端手爪的轉(zhuǎn)動。在該部分的設計中，同時創(chuàng)新引入雙導軌結(jié)構(gòu)，有效地減輕高速運動時對于絲杠和螺母的摩擦，延長了機械結(jié)構(gòu)使用壽命。同時，創(chuàng)新采用在工作空間全域內(nèi)單軸驅(qū)動力矩最小的機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化條件，完成機構(gòu)參數(shù)的匹配優(yōu)化，有效提升機械手的運動學和動力學性能。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利使用權(quán)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物，錄像，現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 高速并聯(lián)機構(gòu)自Delta機構(gòu)發(fā)明以來，取得了長足的發(fā)展，在電子、醫(yī)藥、食品等生產(chǎn)線的后包裝領域取得了重要應用。本設計在上述行業(yè)后包裝生產(chǎn)線上的應用，不僅實現(xiàn)物料的快速搬運、裝箱等工序，同時實現(xiàn)物料的位姿擺放，在很大程度上提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力成本。目前，該類機械手主要在發(fā)達國家的輕工、電子、醫(yī)藥、食品等領域發(fā)揮作用，并創(chuàng)造了巨大的社會價值。隨著國內(nèi)勞動力成本的上升，以機械代替人工趨勢必將不斷加強。而且，隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，生產(chǎn)的標準化、規(guī)范化趨勢將逐漸顯露，對于生產(chǎn)效率的追求也必將越來越明顯。所以，該類應用型機械的開發(fā)在未來將具備強大的市場競爭力。
同類課題研究水平概述
- 目前，全球的包裝機械需求每年以5.3%的速度增長，2005年達到290億美元。美國擁有最大的包裝設備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還來自德國、意大利和中國。但目前包裝機械設備生產(chǎn)增長最快的是在發(fā)展中的國家和地區(qū)。 在工業(yè)發(fā)達國家，機器人已在食品、醫(yī)藥行業(yè)的后包裝成套裝備／自動化生產(chǎn)線中得到應用。例如，美國Adept Technology公司生產(chǎn)的Cobra系列2.0 SCARA機器人，ABB公司生產(chǎn)的IRB 340 Flex Picker機器人，德國Bosch SIGPack Systems公司生產(chǎn)的X系列機器人等已在北美和歐洲開始用于食品、日用化妝品及瓶(袋)裝藥品的后包裝。 國內(nèi)包裝機械廠家有專業(yè)研究開發(fā)廠家很少，這也是我國的不足之處。但在國內(nèi)包裝機械廠家不斷努力下國內(nèi)的包裝機械在計量、制造、技術(shù)性能等方面有了不錯的成就,特別是啤酒、飲料灌裝設備具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好等特點。還有食品包裝機技術(shù)上大幅改進，機電一體化的出現(xiàn)，使自動化包裝機設備的需求激增，未來數(shù)年各種食品包裝機械的需求將快速增長。 隨著市場的變化，國內(nèi)包裝機械也在不斷成長中，國內(nèi)包裝機械廠商向開發(fā)快速、成本較低的包裝設備方向發(fā)展，且已經(jīng)具備包裝機械設備生產(chǎn)的公司對未來產(chǎn)品更新或增加包裝機械生產(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)今國內(nèi)比較有實力的包裝機械制造商有江蘇群杰包裝機械、廣州澳特包裝機械、河南星火包裝機械等等。
