氣動(dòng)塑形夾持器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、夾持器是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)夾持和搬運(yùn)操作。目前，大多數(shù)夾持器只能執(zhí)行單一的任務(wù)，無(wú)法適應(yīng)多形狀?yuàn)A持需求，存在通用性不足、夾持模式單一、接觸形式多為硬接觸等問(wèn)題。隨著生產(chǎn)力水平和勞動(dòng)效率的提高，混流生產(chǎn)等新的制造技術(shù)對(duì)夾持器的形狀適應(yīng)能力提出了更高的要求。例如，在混流生產(chǎn)線上，需要夾持多種形狀的工件，并能靈活流轉(zhuǎn)和搬送。針對(duì)上述問(wèn)題，本研究首次提出一種具有主動(dòng)包絡(luò)和被動(dòng)塑形功能的新型夾持器，通過(guò)將壓縮空氣軟體驅(qū)動(dòng)

2、技術(shù)和顆粒塑形技術(shù)相結(jié)合，研制出氣動(dòng)軟體塑形夾持器，以適應(yīng)不同形狀、大小和材質(zhì)的工件，同時(shí)具備夾持操作的柔順性和可靠性。
　　為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，研究并設(shè)計(jì)了氣動(dòng)軟體塑形夾持器的總體結(jié)構(gòu)，提出了氣動(dòng)軟體零部件和塑形模塊的制作和裝配方法，深入分析和研究了夾持器的塑形原理，試制了氣動(dòng)軟體塑形夾持器樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)物夾持實(shí)驗(yàn)。
　　首先，研究并設(shè)計(jì)了氣動(dòng)軟體塑形夾持器的總體結(jié)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)底座和軟體觸手單元等兩大組成部分。其中，軟體觸手

3、單元又包含柔性臂和塑形模塊。根據(jù)其功能要求，分別對(duì)驅(qū)動(dòng)底座、柔性臂及塑形模塊的功能要求和制作方法進(jìn)行了研究。研究并提出了夾持器軟體部件的制作方法，解決了軟體觸手單元制作和裝配方法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。例如，針對(duì)軟體零件制作困難、成品率低、裝配困難等問(wèn)題，提出了上下模分別澆注、單一模具分層澆注、模具細(xì)分、增加定位特征等方案，成功完成軟體觸手單元的制作。
　　基于氣動(dòng)軟體塑形夾持器的總體結(jié)構(gòu)方案，深入分析和研究了軟體夾持器柔性臂主動(dòng)包絡(luò)機(jī)理

4、和塑形膜接觸面被動(dòng)塑形原理。為了實(shí)現(xiàn)軟體柔性臂的主動(dòng)包絡(luò)功能，提出了一種具有充氣彎曲功能的新型柔性臂結(jié)構(gòu)，并制作了實(shí)物。通過(guò)數(shù)值仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明:新型柔性臂結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍的彎曲動(dòng)作，且仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變形趨勢(shì)具有一定的吻合度。為了研究塑形膜接觸面被動(dòng)塑形原理，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了顆粒塑形試驗(yàn)平臺(tái)，分別在真空度和填充材料不同的條件下，進(jìn)行了塑形試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)真空度達(dá)到65kPa以上時(shí)，塑形膜的約束能力較佳并趨

5、于穩(wěn)定，且填充較高硬度的材料將獲得更強(qiáng)的約束能力。
　　運(yùn)用本研究提出的軟體部件制作方法，依據(jù)柔性臂和塑形模塊設(shè)計(jì)方案，制作完成基于主動(dòng)包絡(luò)和被動(dòng)塑形的柔性多臂塑形夾持器樣機(jī)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了夾持試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)不同形狀、大小、材質(zhì)的物體進(jìn)行了夾持實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:夾持器能夠在較大范圍內(nèi)可靠夾持球形、圓柱形、長(zhǎng)方體形等不同形狀的物體，同時(shí)對(duì)于橫向尺寸15mm-125mm范圍內(nèi)的物體具有良好的適應(yīng)性。且?jiàn)A持器能適應(yīng)金屬、塑料等不同材質(zhì)的工