制瓶机器人SCALA移瓶机械手的结构设计

制瓶机器人SCALA移瓶机械手的结构设计

王涛1侯荣国1王好臣1杨鹏1陈雪松2

1.山东理工大学机械工程学院淄博255000；

2.山东嘉丰玻璃机械有限责任公司淄博255000

摘要：为使工人摆脱恶劣环境，设计制造一种代替操作工人的制瓶机器人是当务之急。在实际生产中，根据生产任务要求需将玻璃瓶从生产线移至传输线，由于SCARA结构形式在X，Y方向上具有顺从性，且在Z轴方向具有良好的刚度，因此采用SCARA结构形式的机械手。采用伺服电机驱动方式，伺服控制机构可调的软特性可有效防止机械的硬碰撞，提高制瓶机运行的可靠性和通用性。

关键词：行列式制瓶机；SCARA结构；玻璃瓶；伺服驱动

0前言

搬运机器人能够按照一定的程序编程，将一个物体通过安装在机器人末端的执行件搬运至行程内的任何位置，在很大程度上减轻了人类的劳动程度，体现了机器人的人工智能性和适应性。玻璃制瓶机是将高温熔融玻璃坯料在短时间内经过多道工序吹制成具有一定形状的玻璃瓶的专用设备。玻璃制瓶设备结构复杂，工序繁多，生产节奏快，其性能好坏、自动化程度高低直接影响玻璃瓶的生产质量和生产效率[1，2]。因此，设计制造一种结构简单、性能优良、自动化程度高的制瓶机器人是当务之急[3]。本文主要开展玻璃瓶初成型后的移瓶装置的设计，根据工作要求和动作特点，采用SCARA结构形式的机械手，采用伺服电机驱动方式，保证玻璃瓶位置转换的平稳性，防止机械硬碰撞。

1主要设计要求及工作流程

玻璃制瓶搬运机器人的主要技术参数如表1所示[4]。

在图1中，可清楚地得知玻璃瓶搬运机器人的主要构成为两个谐波减速器及一个普通减速器，一个滚珠丝杠副，一个连杆式的机械手爪和三个伺服电机等[5，6]。玻璃瓶搬运机器人的基本工作过程如下：首先一号伺服电机通过联轴器驱动普通减速器，减速器再通过联轴器驱动滚珠丝杠旋转进而带动丝杠螺母上下移动，丝杠螺母与连杆机构的机械手爪相连，从而直接驱动机械手爪开合；然后二号伺服电机驱动一号谐波减速器的上基体进行旋转，一号谐波减速器的上基体通过工字钢带动普通减速器转动。三号电机驱动二号谐波减速器的上基体进行转动，二号谐波减速器的上基体通过工字钢带动一号谐波减速器转动，这样的工作行程几乎是360°任何一个工作地点都可以到达。

图1总体布局

2关键部件的设计

2.1谐波减速机构

由图2可知谐波减速器的组成为上下基体，柔轮，刚轮，柔性轴承以及波发生器。其中采用刚轮固定、谐波发生器输入和柔轮输出的形式，这能够有效地保证柔轮不会因为惯性而运动。

图2谐波减速机构

2.2机械手爪

如图3所示，机械手爪由两弯曲杆、连杆、中间杆、上连接体和基体台组成。

图3机械手装配体

各构件的具体尺寸为：

两弯曲杆件：两边弯曲杆件上长60mm，下长100mm，中间角度为135°，宽度为20mm，厚度为20mm，上下方距30mm的距离开M8的孔，两孔处开10mm的通槽。

连杆参数：长度120mm，度12mm，厚度20mm，两端开M8孔，两开孔处开10mm的通槽。

中间杆：直径为6mm，长100mm，下方长方形体与杆是螺纹连接，长80mm，宽10mm，高20mm，上方有直径为16mm的圆台。

基体台：为两半合拢式，长160mm，宽10mm，高30mm，距中心距离70mm开M8的通孔，中心开直径为8mm的通孔，基体台上方有三个螺纹连接的圆柱直径为16mm。

上连接体参数：连接体下部为直径30mm的圆台，上部为直径20mm的圆台，长度为160mm，与基体的连接方式为过盈配合。

3结语

针对高温环境下的移瓶工作，通过分析玻璃瓶制造流程，对玻璃瓶制造设备进行机器人化改造，着重设计了移瓶机械手，采用SCALA结构形式，伺服电机驱动方式，传动机构则综合利用谐波减速器和滚珠丝杠副来提高机械手的运动柔性，保证制瓶工作的平稳性和可靠性，实现玻璃瓶高效率高质量的生产。

参考文献：

[1]项小平，姜成浩，项允.行列式制瓶机同步与传动比分析方法[J].玻璃与搪瓷，2012，40（5）：16-19.

[2]苏明.对罗兰特玻璃制瓶机传动机构的探讨[J].玻璃与搪瓷，1994，22（3）：43-47.

[3]胡伟，杨家军，邓家辉，等.回转式数控自动制瓶机的智能制造[J].湖北工业大学学报，2015，4：92-95.

[4]周伯英.工业机器人设计[M]北京：机械工业出版社，2002.

[5]龚恒丹.机构伺服驱动的行列机[J].玻璃与搪瓷，2004，32（1）：53-58.

[6]龚恒丹.机构伺服驱动的行列机[J].玻璃与搪瓷，2004，32（2）：50-52.