素描工業(yè)機(jī)器人末端夾持器的改進(jìn)

梁 杰，岳宗平，張艷艷，馮曉鵬

（1.鄭州大華機(jī)電技術(shù)有限公司，河南鄭州 450001；2.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 451191）

0 引言

素描工業(yè)機(jī)器人工作站主要包括拍照、圖像處理、數(shù)據(jù)傳輸、素描4 個(gè)部分[1]。圖像處理是對照片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換、伸縮變換、輪廓提取和線條打散后，把散點(diǎn)數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳送至工業(yè)機(jī)器人控制器[2-5]。素描工業(yè)機(jī)器人把散點(diǎn)作為以中性筆為工具坐標(biāo)的工業(yè)機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)，中性筆到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的過程中完成線條繪制。在作業(yè)過程中，中性筆要于2 min左右的時(shí)間內(nèi)，在數(shù)千個(gè)機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)之間進(jìn)行平面偏移和上下偏移。

1 問題概述

當(dāng)前繪制時(shí)，存在以下問題：現(xiàn)用夾持器垂直夾持中性筆，繪畫時(shí)，筆尖與紙面垂直接觸，與人類握筆時(shí)姿勢差別較大，以致動(dòng)作生硬，人機(jī)協(xié)調(diào)性較差。

2 原因分析

人手在書寫和繪圖時(shí)，筆與紙面不是垂直的關(guān)系，而是成一定的角度。而機(jī)器人的夾持器用于安放中性筆的夾持器的中心孔軸線與紙面垂直，從而使素描作業(yè)時(shí)中性筆與紙面垂直，如圖1 所示。

圖1 帶夾持器的素描機(jī)器人

雖然通過變更機(jī)器人目標(biāo)點(diǎn)姿態(tài)的方法也能達(dá)到線條繪制流暢的效果，但是最便捷的方法是把夾持器上的中心孔加工成斜孔，來代替垂直孔。斜孔的加工難度，與垂直孔相比，略有增加。斜孔的中心線與紙面在空間坐標(biāo)系里與各平面的夾角以人手握筆的習(xí)慣為宜。

為增加筆觸紙面的彈性，在斜孔與中性筆之間可以設(shè)置墊圈，墊圈材料的彈性較大，墊圈壁上可設(shè)置一個(gè)貫通的縫隙，縫隙與斜孔中心線平行，用于安放中心筆的同時(shí)，還能起到與夾持器上斜孔配合時(shí)調(diào)隙。

項(xiàng)目使用的是ABB IRB 1200-7/0.7 工業(yè)機(jī)器人，此型號機(jī)器人可直立、倒置或壁掛安裝。物理參數(shù)：底座尺寸210 mm210 mm，機(jī)器人重量52 kg。規(guī)格：范圍1.65 m，有效承重12 kg，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)IP40。性能：重復(fù)定位精度0.02 mm，軸運(yùn)動(dòng)工作范圍，軸1（-170170），最大速度288/s，軸2（-100135），最大速度240/s，軸3（-20070），最大速度300/s，軸4（-270270），最大速度400/s，軸5（-130130），最大速度405/s，軸6（-360360），最大速度600/s。

3 改進(jìn)方法

加工出的通孔中心線不與工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)的X 軸和Y軸垂直，也不與Z軸平行，通孔的中心線與X 軸的夾角為，與Y 軸的夾角為，與Z 軸的夾角為，如圖2 所示。

圖2 斜孔與各坐標(biāo)軸的夾角

表1 制造夾持器的8 組夾角值及素描效果排序

把包括夾持器和中性筆在內(nèi)的執(zhí)行器安裝在ABB IRB1200 型工業(yè)機(jī)器人第六軸法蘭盤上，如圖2 所示。試驗(yàn)用的素描工業(yè)機(jī)器人位于河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院工業(yè)機(jī)器人培訓(xùn)中心。標(biāo)定工具坐標(biāo)系后的素描作業(yè)中，動(dòng)作更符合人類握筆繪畫習(xí)慣，動(dòng)作不生硬，有利于人機(jī)協(xié)調(diào)。

4 結(jié)束語

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，要充分考慮到是否能以略微增加夾具加工成本的方法，代替后續(xù)調(diào)試過程中時(shí)間成本的方法，以期減低總成本。