一種多構(gòu)態(tài)視覺防錯相機支架機構(gòu)設(shè)計與研究

廖益豐，陳桂平，唐小鳳

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

0 引言

隨著柔性產(chǎn)線[1]的不斷增多，視覺防錯已經(jīng)逐漸成為了制造業(yè)中必不可少的一部分。在產(chǎn)品檢驗的過程中，同一產(chǎn)線對多種不同型號的產(chǎn)品進行檢測已成為趨勢，然而產(chǎn)品的尺寸不同和位置擺放不同使視覺防錯支架必須具有較強的靈活性、適應(yīng)性和工作空間，以適應(yīng)狹小的安裝環(huán)境和多樣化的產(chǎn)品檢驗需求。針對上述問題，視覺防錯支架機構(gòu)靈活性、適應(yīng)性和工作空間的研究越來越受到人們的重視。高豐等[2]研究了總裝生產(chǎn)線制造過程防錯中的設(shè)備防錯種類，以及防錯技術(shù)研究應(yīng)用案例；盛大春等[3]針對汽車總裝工藝制造過程中，銷售配置復(fù)雜、物料種類多以及防錯難等問題進行專項研究，并制定相應(yīng)的智能化防錯技術(shù)應(yīng)用方案；柳佳琛等[4]對缺陷及其防錯能力進行分類評級，構(gòu)建了缺陷的防錯能力評價方法。盡管視覺防錯系統(tǒng)的研究已有了一定的熱度，但靈活性強、適應(yīng)性高且能根據(jù)不同工況改變構(gòu)態(tài)的視覺防錯相機支架還研究較少。

本研究設(shè)計的是一種靈活性強、適應(yīng)性高且能根據(jù)不同工況改變構(gòu)態(tài)的視覺防錯相機支架機構(gòu)，其具有良好的應(yīng)用前景。

1 支架機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)型分析

1.1 鄰接矩陣分析

計的相機支架機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 相機支架結(jié)構(gòu)示意圖

該相機支架機構(gòu)可通過構(gòu)件重組的方式在5 種構(gòu)態(tài)中靈活轉(zhuǎn)換，其構(gòu)態(tài)示意圖如圖2 所示。

機構(gòu)各構(gòu)態(tài)下的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

第三構(gòu)態(tài)時，第八連桿脫離與第五連桿和第九連桿的約束并與第十連桿重合，其鄰接矩陣為：

第五構(gòu)態(tài)時，第五連桿、第六連桿和第九連桿重合，第八連桿和第十連桿重合，其鄰接矩陣為：

第一構(gòu)態(tài)下第六連桿、第八連桿和第九連桿相連，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使該構(gòu)態(tài)下具有機構(gòu)底部剛度強且前部靈活性高的特性；第二構(gòu)態(tài)下機構(gòu)具有多三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是穩(wěn)定性最強的一種構(gòu)態(tài)，但工作空間也最??；第三構(gòu)態(tài)和第五構(gòu)態(tài)是靈活性較高的構(gòu)態(tài)，但剛度較?。坏谒臉?gòu)態(tài)工作空間大，靈活性較高。

1.2 自由度計算

采用CGK 公式對機構(gòu)各構(gòu)態(tài)進行自由度計算，CGK 公式[6]為：

2 運動學(xué)分析

2.1 正向位置分析

該相機支架機構(gòu)為平面機構(gòu)，采用矢量法對其進行運動學(xué)分析。各構(gòu)態(tài)簡圖如圖4 所示。

圖4 機構(gòu)簡圖

2.2 工作空間分析

上文得到了各構(gòu)態(tài)的正向位置方程，接下來對其進行數(shù)值仿真分析，求出其工作空間。

圖5 工作空間

從上圖可以看出該支架機構(gòu)具有較大的工作空間，其中第三構(gòu)態(tài)和第五構(gòu)態(tài)的工作空間最大且分布均勻；第一構(gòu)態(tài)和第四構(gòu)態(tài)工作空間適中；第二構(gòu)態(tài)工作空間最小。

以上是對相機支架機構(gòu)的理論分析，其實際三維模型如圖6 所示。

圖6 機構(gòu)三維模型

3 結(jié)束語

（1）針對現(xiàn)有視覺防錯相機支架靈活性不高、適應(yīng)性不強和工作空間不足的問題，提出了一種多構(gòu)態(tài)視覺防錯相機支架機構(gòu)，該支架機構(gòu)可根據(jù)不同的工作情況改變自身構(gòu)態(tài)，使機構(gòu)具有較強的靈活性和適應(yīng)性以及較大的工作空間。

（2）分析了該視覺防錯支架機構(gòu)在各構(gòu)態(tài)下的鄰接矩陣并采用GCK 公示計算了其自由度。

（3）采用矢量法建立了支架機構(gòu)各構(gòu)態(tài)的正向運動學(xué)方程并采用蒙特卡洛法對各構(gòu)態(tài)下的工作空間進行了對比仿真分析。