專利名稱：端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種沖壓線端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。
背景技術(shù)：
端拾器是一種安裝在輸送機(jī)械手上的由桿件和吸盤或夾持器組成的抓取機(jī)構(gòu)，在沖壓線上，沖壓件通過(guò)端拾器從一個(gè)工位輸送到下一個(gè)工位，輸送過(guò)程是通過(guò)機(jī)械手將端拾器移動(dòng)到合適的位置，將吸盤和沖壓件接觸，然后通過(guò)抽真空，將沖壓件緊密吸附到端拾器上，然后通過(guò)機(jī)械手和端拾器將沖壓件從模具中取出輸送到下一工位。
端拾器是由主桿、副桿、連接臂、轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和吸盤組成，其中標(biāo)準(zhǔn)桿件和連接臂的長(zhǎng)度是呈系列，也就是說(shuō)其長(zhǎng)度不是連續(xù)的，而是呈間隔的。通常的設(shè)計(jì)方法是通過(guò)設(shè)計(jì)人員在CAD環(huán)境中，手工進(jìn)行裝配，需要不斷地匹配調(diào)整才能完成初步的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)周期加長(zhǎng)。而且沒(méi)有辦法進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，只能得出相關(guān)部件的一個(gè)參考尺寸，通常都選擇很大的保險(xiǎn)系數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試時(shí)，用試湊法進(jìn)行裝配，往往根據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行很大的修改，過(guò)長(zhǎng)的桿件要進(jìn)行裁減，造成安裝調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)，工件材料的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種通過(guò)采用自動(dòng)優(yōu)化的方法，自動(dòng)設(shè)計(jì)端拾器的空間結(jié)構(gòu)和裝配形式，從而大大縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，使安裝裝配不再需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)桿件進(jìn)行的裁減，降低安裝時(shí)間和成本的端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明提出的端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其具體步驟如下(1)定位沖壓件的空間位置一般是定位在沖壓機(jī)床模具中；(2)定位機(jī)械手臂的初始空間位置將機(jī)械手臂定位在一個(gè)合適的初始位置；(3)選擇主桿并安裝在機(jī)械手臂上；(4)在沖壓件上選取合適的吸盤安裝點(diǎn)將端拾器的空間結(jié)構(gòu)看作是具有5自由度空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)坐標(biāo)變換或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)得到一個(gè)非線性多元方程組，解這個(gè)多元方程組從而得到組件的空間定位信息，得到吸盤的型號(hào)；(5)選擇副桿的類型和初步的安裝位置；(6)選擇連接到不同副桿上的吸盤點(diǎn)建立桿件和吸盤點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇具體的點(diǎn)安轉(zhuǎn)在相應(yīng)的副桿上；(7)安裝不可移動(dòng)的吸盤點(diǎn)采用迭代法，通過(guò)移動(dòng)副桿的位置，選取標(biāo)準(zhǔn)的吸盤；
(8)安裝其他的吸盤點(diǎn)采用迭代法在沖壓件曲面上移動(dòng)吸盤點(diǎn)的位置；(9)模擬仿真模擬仿真端拾器的運(yùn)動(dòng)是否和模具及壓機(jī)之間存在干涉問(wèn)題，有干涉，則進(jìn)行調(diào)整，直到滿足要求；(10)生成裝配圖和物料表，操作完成。
本發(fā)明中，端拾器的組成部件如圖1所示，由主桿、副桿、吸盤、傳感器、夾緊器、連接臂、機(jī)械手臂組成，機(jī)械手臂通過(guò)快速夾緊器將主桿夾持在夾緊器中，副桿通過(guò)夾緊器和主桿連接在一起，連接臂將副桿和轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)連接在一起，最后轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和吸盤安裝在一起，即得一個(gè)完整的端拾器，其中，主桿和副桿采用普通的桿件。
本發(fā)明中，圖2是系統(tǒng)的坐標(biāo)定義示意圖。以一個(gè)吸盤的安裝為例，設(shè)系統(tǒng)的坐標(biāo)原點(diǎn)在主桿和副桿連接處，坐標(biāo)系的定義如圖2，設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是在合適的位置和角度安裝連接臂，轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和吸盤，使吸盤的底面中心和沖壓件上選擇的吸盤點(diǎn)重合。其中x1為連接臂在副桿上的安裝位置，x2為連接臂繞副桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x3為連接臂的長(zhǎng)度，x4為連接臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x5為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，這些量都是未知的，需要在設(shè)計(jì)中確定。D1為連接臂軸線到副桿軸線的距離，D2為連接臂軸線到轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)軸線的距離，D3為吸盤軸線到轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)中心的距離，D4為吸盤的高度，這些量是所選的部件相關(guān)的幾何尺寸(如圖2所示)為已知量，在設(shè)計(jì)前就可確定。P點(diǎn)為沖壓件上選取的吸盤點(diǎn)，其坐標(biāo)和法向量已知(px，py，pz，I，J，K)。
本發(fā)明提出的吸盤空間結(jié)構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)，采用坐標(biāo)變換法或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1、采用坐標(biāo)變換法將坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)一系列的平移和旋轉(zhuǎn)變換，最后將坐標(biāo)變換到基礎(chǔ)坐標(biāo)系中。首先定義坐標(biāo)系O8，O8以P點(diǎn)為原點(diǎn)，P點(diǎn)法向矢量方向?yàn)閅坐標(biāo)方向，O7為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和連接臂關(guān)節(jié)端的中心，O8中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到O7中的變換為B7＝[1000；010-D4；001D3；0001]；(其中D3的正負(fù)號(hào)由轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和吸盤的安裝位置確定)同理推導(dǎo)出O7到O6，O6到O5，O5到O4，O4到O3，O3到O2，O2到O1，O1到O的坐標(biāo)變換B6＝[cos(x5)-sin(x5)00；sin(x5)cos(x5)00；0010；0001]；B5＝[1000；010-D2；0010；0001]；B4＝[1000；0 cos(x4)-sin(x4)0；0 sin(x4)cos(x4)0；0001]；B3＝[100x3；010-D1；0010；0001]；
B2＝[cos(x2)-sin(x2)00；sin(x2)cos(x2)00；0010；0001]；B1＝[1000；0100；001x1；0001]；這樣O8到O的坐標(biāo)變換為T＝(B1×(B2×(B3×(B4×(B5×(B6×(B7)))))))由此可以得到如下六個(gè)方程組cos(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))-sin(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)＝px；sin(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))+cos(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)＝py；sin(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)+cos(x(4))×D3+x(1)＝pz；-cos(x(2))×sin(x(5))-sin(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))＝I；-sin(x(2))×sin(x(5))+cos(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))＝J；sin(x(4))×cos(x(5))＝K；是個(gè)非線性多元方程組，其中x1為連接臂在副桿上的安裝位置，x2為連接臂繞副桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x3為連接臂的長(zhǎng)度，x4為連接臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x5為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，求解出這五個(gè)未知數(shù)，即可得到端拾器的空間結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用Matlab優(yōu)化工具箱中fsolve函數(shù)進(jìn)行求解，其中非線性多元方程組為functiony＝myfun(x，px，py，pz，I，J，K，D1，D2，D3，D4)y(1)＝cos(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))-sin(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)-px；y(2)＝sin(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))+cos(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)-py；y(3)＝sin(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)+cos(x(4))×D3+x(1)-pz；y(4)＝-cos(x(2))×sin(x(5))-sin(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))-I；y(5)＝-sin(x(2))×sin(x(5))+cos(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))-Jy(6)＝sin(x(4))×cos(x(5))-K；y＝[y(1)y(2)y(3)y(4)y(5)y(6)]；fsolve函數(shù)需要一個(gè)未知數(shù)的初始值，以便Matlab快速給出一個(gè)優(yōu)化解，設(shè)初始值為x0[x1，x2，x3，x4，x5]按一下方法確定x0＝[(zp-D3)，-atan((abs(py)-D4)/px)，sign(px)×sqrt(px^2+(abs(py-D4)^2))，atan(K/J)，-(atan(I/J)+(atan((abs(py)-D4)/px)))]如下Matlab程序就可求解出5個(gè)未知數(shù)[x]＝fsolve(@myfun，x0，，px，py，pz，I，J，K，D1，D2，D3，D4)
x1＝x(1)；x2＝x(2)；x3＝x(3)；x4＝x(4)；x5＝x(5)；這樣5個(gè)未知變量就可求出解來(lái)。
2、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方法在機(jī)器人領(lǐng)域?qū)Χ鄺U機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的理論和成果很多，可以將本發(fā)明涉及的端拾器看成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用機(jī)器人的方法對(duì)端拾器進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。如圖2，將其看成是5坐標(biāo)的機(jī)器人，其中x1、x4為直線運(yùn)動(dòng)，其他坐標(biāo)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按照D-H方法，手臂末端矩陣為T＝[Xx Yx Zx px，Xy Yy Zy py，Xz Yz Zz pz，0001]；所得方程組的求解同方法1，可以采用同樣的方法解這個(gè)非線性多元方程組。
二、固定吸盤點(diǎn)對(duì)副桿位置進(jìn)行調(diào)整不能移動(dòng)的吸盤點(diǎn)通常是周圍有障礙或空洞，不便移動(dòng)盤點(diǎn)。如計(jì)算出的連接臂是152.5mm，而系列中接近只有150mm，175mm連接臂，這樣只有移動(dòng)副桿的位置，來(lái)滿足要求。本發(fā)明采用迭代法進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下(如圖3所示)1、選擇長(zhǎng)度接近的連接臂，并計(jì)算長(zhǎng)度誤差ΔL；2、計(jì)算誤差是否小于規(guī)定的閾值ε，小于則結(jié)束，否則進(jìn)行下一步計(jì)算；3、計(jì)算副桿移動(dòng)的位移量ΔX副桿沿x軸方向位移，ΔX＝ΔL×COS(x2)；4、返回步驟(1)，重新按照新的副桿位置進(jìn)行自動(dòng)安裝計(jì)算。
三、移動(dòng)吸盤點(diǎn)方法通常通過(guò)移動(dòng)吸盤點(diǎn)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)連接臂系列的長(zhǎng)度，具體步驟如下(如圖4所示)1、選擇長(zhǎng)度接近的連接臂，并計(jì)算長(zhǎng)度誤差ΔL；2、計(jì)算誤差是否小于規(guī)定的閾值ε，小于則結(jié)束，否則進(jìn)行下一步計(jì)算；3、計(jì)算吸盤點(diǎn)移動(dòng)的位移量ΔXx軸方向位移，ΔX＝ΔL×COS(x2)，然后根據(jù)曲面方程重新計(jì)算吸盤點(diǎn)P(px，py，pz，I，J，K)；4、返回步驟(1)，重新按照新的吸盤點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)安裝計(jì)算。
本發(fā)明是針對(duì)沖壓線端拾器的自動(dòng)設(shè)計(jì)而提出，但其基本原理對(duì)所有類似結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸工件的工夾具都有意義，其優(yōu)點(diǎn)主要使用戶的設(shè)計(jì)工作變得非常簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)者只要在沖壓件上選取吸盤的安裝位置和吸盤型號(hào)，并將機(jī)械手臂移動(dòng)到合適的位置，然后由系統(tǒng)自動(dòng)地根據(jù)優(yōu)化算法得到端拾器的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸，從而保證設(shè)計(jì)出的端拾器在實(shí)際裝配中的同一，不需要對(duì)組件進(jìn)行加工裁減，直接組裝完成。本發(fā)明采用自動(dòng)優(yōu)化算法，從而得到一個(gè)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)桿件長(zhǎng)度系列的精確解。本發(fā)明使端拾器的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，優(yōu)化端拾器的空間結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，所選取的元件不需要再進(jìn)行加工裁減，就可裝配成實(shí)際應(yīng)用的端拾器。由于在設(shè)計(jì)時(shí)就能保證每個(gè)吸盤點(diǎn)的誤差在要求的范圍內(nèi)，從而提高安裝質(zhì)量，保證端拾器的正?？煽抗ぷ?。


圖1為端拾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為坐標(biāo)定義示意圖。
圖3為移動(dòng)副桿流程圖。
圖4為移動(dòng)吸盤點(diǎn)流程圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為機(jī)械手臂，2為快速夾緊器，3為主桿，4為副桿，5為連接臂，6為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)，7為吸盤，8為傳感器，9為夾緊器。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)是在CATIA V5 R14 CAD軟件的基礎(chǔ)上采用VB進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的，啟動(dòng)用VB開(kāi)發(fā)的軟件后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)CATIA軟件，然后按照前述的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行1、調(diào)入壓機(jī)、機(jī)械手、模具和沖壓件的三維模型到CATIA中，部件之間的位置關(guān)系在模具設(shè)計(jì)前事先確定好；2、機(jī)械手初始的位置為事先確定，如果需要調(diào)整，可通過(guò)軟件提供的按鍵在CATIA中移動(dòng)機(jī)械手，將機(jī)械手調(diào)整到合適的位置；3、由設(shè)計(jì)人員選擇端拾器標(biāo)準(zhǔn)件的品牌，然后選擇合適型號(hào)的主桿進(jìn)行安裝，系統(tǒng)自動(dòng)將主桿安裝到機(jī)械手上；4、在沖壓件上確定要安裝吸盤的點(diǎn)，通過(guò)軟件提供的功能直接在沖壓件上點(diǎn)擊鼠標(biāo)選擇安裝吸盤的點(diǎn)，然后選擇吸盤的型號(hào)，這樣就確定了初始變量D1＝25.5；D2＝12.7；D3＝27.501；D4＝69.350；如下是在沖壓件上選擇的吸盤點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y，z)吸盤1坐標(biāo)(-32.410 776.589 448.445)吸盤2坐標(biāo)(129.589 756.106 260.944)
吸盤3坐標(biāo)(99.589 716.153 -324.057)這些點(diǎn)是沖壓件曲面上的點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)求出曲面上該點(diǎn)的法線方向，該方向?yàn)榘惭b吸盤的軸線方向。法線上據(jù)該點(diǎn)20mm的點(diǎn)坐標(biāo)為吸盤1坐標(biāo)(-33.796 796.537 448.063)吸盤2坐標(biāo)(134.593 775.451 260.078)吸盤3坐標(biāo)(106.469 734.768 -326.539)5、在主桿上選點(diǎn)安裝副桿，本實(shí)施例中只安裝一根副桿，副桿上參考點(diǎn)的坐標(biāo)為(38.581 939.75 -10)6、將吸盤點(diǎn)和要連接的副桿關(guān)聯(lián)，這樣系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這些和副桿關(guān)聯(lián)的點(diǎn)安裝到副桿上，將這三個(gè)點(diǎn)都和副桿關(guān)聯(lián)；7、本例中沒(méi)有選擇不可移動(dòng)固定的吸盤點(diǎn)，固定點(diǎn)的調(diào)整方法見(jiàn)圖3所示，它是通過(guò)調(diào)整副桿的位置來(lái)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件系列的；8、啟動(dòng)自動(dòng)安裝功能，系統(tǒng)自動(dòng)采用本發(fā)明的算法進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)調(diào)用Matlab將優(yōu)化所得的吸盤新的安裝點(diǎn)位置，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的空間安裝位置坐標(biāo)傳遞給CATIA，系統(tǒng)自動(dòng)將這些標(biāo)準(zhǔn)件安裝到指定的位置，最后得到吸盤的坐標(biāo)為吸盤1坐標(biāo)1(-44.289 775.745 448.445)吸盤2坐標(biāo)1(125.589 757.115 260.944)吸盤3坐標(biāo)1(99.590 716.153 -324.057)，優(yōu)化的連接臂的長(zhǎng)度吸盤1對(duì)應(yīng)的連接臂長(zhǎng)125mm，吸盤2對(duì)應(yīng)的連接臂長(zhǎng)150mm，吸盤3對(duì)應(yīng)的連接臂長(zhǎng)175mm。
(連接臂長(zhǎng)系列為相差25mm的系列)；9、模擬仿真移動(dòng)機(jī)械手帶動(dòng)端拾器運(yùn)動(dòng)，模擬仿真端拾器的運(yùn)動(dòng)是否和模具及壓機(jī)之間存在干涉問(wèn)題，有干涉，則進(jìn)行調(diào)整，甚至重新進(jìn)行設(shè)計(jì)直到滿足要求；10、最后生成裝配圖和物料表，完成端拾器的設(shè)計(jì)工作。
權(quán)利要求
1.一種端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于具體步驟如下(1)在沖壓機(jī)床模具中定位沖壓件的空間位置；(2)定位機(jī)械手臂的初始空間位置，將機(jī)械手臂定位在一個(gè)合適的初始位置；(3)選擇主桿并安裝在機(jī)械手臂上；(4)在沖壓件上選取合適的吸盤安裝點(diǎn)將端拾器的空間結(jié)構(gòu)看作是具有5自由度空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)坐標(biāo)變換或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)得到一個(gè)非線性多元方程組，解這個(gè)多元方程組從而得到組件的空間定位信息，得到吸盤的型號(hào)；(5)選擇副桿的類型和初步的安裝位置；(6)選擇連接到不同副桿上的吸盤點(diǎn)建立桿件和吸盤點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇具體的點(diǎn)安轉(zhuǎn)在相應(yīng)的副桿上；(7)安裝不可移動(dòng)的吸盤點(diǎn)采用迭代法，通過(guò)移動(dòng)副桿的位置，選取標(biāo)準(zhǔn)的吸盤；(8)安裝其他的吸盤點(diǎn)采用迭代法在沖壓件曲面上移動(dòng)吸盤點(diǎn)的位置；(9)模擬仿真模擬仿真端拾器的運(yùn)動(dòng)是否和模具及壓機(jī)之間存在干涉問(wèn)題，有干涉，則進(jìn)行調(diào)整，直到滿足要求；(10)生成裝配圖和物料表，操作完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于吸盤空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用坐標(biāo)變換法或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，其具體步驟如下(1)采用坐標(biāo)變換法將坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)一系列的平移和旋轉(zhuǎn)變換，最后將坐標(biāo)變換到基礎(chǔ)坐標(biāo)系中，定義坐標(biāo)系O8，O8以P點(diǎn)為原點(diǎn)，P點(diǎn)法向矢量方向?yàn)閅坐標(biāo)方向，O7為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和連接臂關(guān)節(jié)端的中心，O8中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到O7中的變換為B7＝[1000；010-D4；001D3；0001]；其中D3的正負(fù)號(hào)由轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)和吸盤的安裝位置確定，同理推導(dǎo)出O7到O6，O6到O5，O5到O4，O4到O3，O3到O2，O2到O1，O1到O的坐標(biāo)變換B6＝[cos(x5)-sin(x5)00；sin(x5)cos(x5)00；0010；0001]；B5＝[1000；010-D2；0010；0001]；B4＝[1000；0cos(x4)-sin(x4)0；0sin(x4)cos(x4)0；0001]；B3＝[100x3；010-D1；0010；0001]；B2＝[cos(x2)-sin(x2)00；sin(x2)cos(x2)00；0010；0001]；B1＝[1000；0100；001x1；0001]；得到手臂末端矩陣T為T＝(B1×(B2×(B3×(B4×(B5×(B6×(B7)))))))(2)采用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，得到手臂末端矩陣為T＝[Xx Yx Zx px，Xy Yy Zy py，Xz Yz Zz pz，0001]；由此得到如下方程組cos(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))-sin(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)＝px；sin(x(2))×(sin(x(5))×D4+x(3))+cos(x(2))×(cos(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)-sin(x(4))×D3-D1)＝py；sin(x(4))×(-cos(x(5))×D4-D2)+cos(x(4))×D3+x(1)＝pz；-cos(x(2))×sin(x(5))-sin(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))＝I；-sin(x(2))×sin(x(5))+cos(x(2))×cos(x(4))×cos(x(5))＝J；sin(x(4))×cos(x(5))＝K；D1為連接臂軸線到副桿軸線的距離，D2為連接臂軸線到轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)軸線的距離，D3為吸盤軸線到轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)中心的距離，D4為吸盤的高度，這些量是所選的部件相關(guān)的幾何尺寸，P點(diǎn)為沖壓件上選取的吸盤點(diǎn)，其坐標(biāo)和法向量已知(px，Py，pz，I，J，K)。其中x1為連接臂在副桿上的安裝位置，x2為連接臂繞副桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x3為連接臂的長(zhǎng)度，x4為連接臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，x5為轉(zhuǎn)向關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，求解出這五個(gè)未知數(shù)，即可得到端拾器的空間結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于固定吸盤點(diǎn)對(duì)副桿位置進(jìn)行調(diào)整采用迭代法得到，具體步驟如下(1)選擇長(zhǎng)度接近的連接臂，并計(jì)算長(zhǎng)度誤差ΔL，；(2)計(jì)算誤差是否小于規(guī)定的閾值ε，小于則結(jié)束，否則進(jìn)行下一步計(jì)算；(3)計(jì)算副桿移動(dòng)的位移量ΔX副桿沿x軸方向位移，ΔX＝ΔL×COS(x2)；(4)返回步驟(1)，重新按照新的副桿位置進(jìn)行自動(dòng)安裝計(jì)算；其中，x2為連接臂繞副桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于移動(dòng)吸盤點(diǎn)方法，具體步驟如下(1)選擇長(zhǎng)度接近的連接臂，并計(jì)算長(zhǎng)度誤差ΔL；(2)計(jì)算誤差是否小于規(guī)定的閾值ε，小于則結(jié)束，否則進(jìn)行下一步計(jì)算；(3)計(jì)算吸盤點(diǎn)移動(dòng)的位移量ΔXx軸方向位移，ΔX＝ΔL×COS(x2)，然后根據(jù)曲面方程重新計(jì)算吸盤點(diǎn)P(px，py，pz，I，J，K)；(4)返回步驟(1)，重新按照新的吸盤點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)安裝計(jì)算；其中，x2為連接臂繞副桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
全文摘要
本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種端拾器的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。在對(duì)CAD系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)優(yōu)化的算法，將端拾器的空間結(jié)構(gòu)看作是具有5自由度空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)坐標(biāo)變換或機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)得到一個(gè)非線性多元方程組，解這個(gè)多元方程組從而得到組件的空間定位信息，得到吸盤的型號(hào)；采用迭代法，通過(guò)移動(dòng)副桿的位置，選取標(biāo)準(zhǔn)的吸盤；采用迭代法在沖壓件曲面上移動(dòng)吸盤點(diǎn)的位置，確定移動(dòng)吸盤的位置，從而得到一個(gè)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)桿件長(zhǎng)度系列的精確解。本發(fā)明優(yōu)化了端拾器的空間結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，所選取的元件不需要再進(jìn)行加工裁減，就可裝配成實(shí)際應(yīng)用的端拾器。由于在設(shè)計(jì)時(shí)就能保證每個(gè)吸盤點(diǎn)的誤差在要求的范圍內(nèi)，從而提高了安裝質(zhì)量，保證了端拾器的正?？煽抗ぷ?，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1987868SQ20051011182
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者樊留群, 馬玉敏, 趙榮泳, 朱志浩 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)