可切换式机械手末端机构在商标纸拆垛中的应用研究

可切换式机械手末端机构在商标纸拆垛中的应用研究

蔡福城

厦门烟草工业有限责任公司 福建省厦门市 361000

摘要：

本文针对当前烟草行业商标纸叠拆垛过程中商标纸叠与瓦楞纸隔板的抓取，设计了一种基于负压吸附技术的机械手末端机构。可实现以“L型”姿态对商标纸叠进行两个面吸附并输送至解包工作位，并通过翻转气缸变化吸附姿态，以“一字型”姿态将商标纸叠层与层之间的瓦楞纸隔板吸附输送至回收位置。抓取过程中通过吸嘴吸附商标纸叠外围包裹的牛皮纸不对商标纸造成损伤，且可平稳输送。

关键词：商标纸抓取、负压吸附、机械手末端机构

1. 引言

随着智能产业的发展，制造业智能发展越来越多利用机械手等工具替代现有的重复简单劳动工作，原有人力搬运添加商标纸叠的工作方式消耗劳动人员大量的时间用于装填材料，对人员身心和产品质量都有潜在影响。为了满足商标纸智能上料功能，本文提供一种基于协作式机器人设计的机械手末端抓取装置，用于实现将商标纸叠抓取并放置到固定位置。针对现有技术在处理紧密排列商标纸叠时存在的稳定性不足及损伤风险，提出了一种新颖的机械手末端吸取机构设计方案，实现商标纸叠和瓦楞纸稳定抓取和放置。

2. 机械手末端机构设计

2.1 设计原理

本设计利用负压吸附技术，通过机械手末端机构的顶部与侧面吸嘴对商标纸叠进行双重吸附，确保在抓取过程中纸叠的稳定性和完整性。吸嘴在接触纸叠表面时，通过开启负压通道，产生足够的吸附力，以“L”型姿态稳固纸叠，避免因单点吸附导致的商标纸叠掉落[1]。

2.2 结构设计

机械手末端机构采用轻质高强度材料制造，通过支架固定于协作式机器人的末端。机构包含翻转气缸，可根据指令快速变换吸取姿态，实现从“L”型到“一”字型的转变，灵活适应商标纸叠与瓦楞纸隔板的不同抓取需求。顶部吸嘴与侧面吸嘴均配备负压传感器，实时监控吸附状态，确保安全有效地完成抓取任务[2]。

图1安装于作式机器人末端上的抓取末端机构示意图

当协作式机器人接收商标纸叠抓取位置，顶部吸嘴连接的负压通道接通，当顶部吸嘴与商标纸叠顶部接触时，便吸附其表面包裹的牛皮纸，此时，顶部吸嘴连接的负压传感器检测到数值达到设定值后，侧面吸嘴连接的负压通道接通，从侧面吸住商标纸叠表面包裹的牛皮纸，当顶部吸嘴连接的负压传感器检测到数值达到设定值后，协作式机器人开始执行将商标纸叠输送到固定位置的命令。通过顶部吸嘴和侧面吸嘴的两面吸取作用增强商标纸叠在输送过程中的稳定性，减少商标纸叠掉落的发生。当商标纸叠输送到位后，顶部吸嘴和侧面吸嘴接通的负压同时关闭，协作式机器人回到原点，等待接收下一个商标纸叠位置，以此循环将同一层上的商标纸叠全都抓取并输送完毕后，视觉识别会给协作式机器人发送抓取层与层之间瓦楞纸隔板的命令。此时抓取末端上的翻转气缸将动作切换姿态，使顶部吸嘴和侧面吸嘴的工作面位于同一平面上，抓取末端以“一字型”姿态抓取瓦楞纸隔板，当顶部吸嘴和侧面吸嘴连接的负压检测器检测到数值达到设定值后，协作式机器人开始运动，将瓦楞纸隔板放置于固定位置。

图2隔板抓取姿态图

3. 抓取稳定性研究

3.1 仿真模拟

借助先进的仿真软件，模拟商标纸叠在不同速度下的抓取与输送过程，通过设定实际纸叠重量和运动参数，计算出加速度与受力情况，确保即使在高速运动下也能保持纸叠的稳定性，避免掉落或损伤[3]。

图3 抓取运动仿真分析

3.2 实验验证

通过抓取实验，对比分析不同负压值下商标纸和瓦楞纸隔板抓取情况，验证了设计的有效性。结果显示，双面吸附不仅增强了商标纸抓取的牢固性，还能有效是心啊隔板抓放置。

表1机构抓取试验表

4. 结论

本研究成功设计了一种适用于商标纸与瓦楞纸隔板抓取的负压吸附式机械手末端机构。该机构通过灵活变换姿态和精准的负压控制，有效解决了紧密排列商标纸叠的抓取难题，配合协作式机器人使用实现商标纸叠码垛智能拆垛输送。输送过程中保持商标纸叠稳定，不晃动，成本低、结构简单易维护。

参考文献

[1]胡春生,魏红星,闫小鹏,等.码垛机器人的研究与应用[J].计算机工程与应用,2022,58(02):57-77.

[2]张波,曹淼龙,杨元健,等.一种通用型负压软体机械手的设计与分析[J].液压与气动,2021,45(03):70-76.

[3] [1]王建军.搬运机械手仿真设计和制作[J].机械设计与造,2012,(09):146-148.