三维缝纫机械手的设计第23卷第3期2010年5月机电产品开发与新DevelopmentInnovationofMachineryElectricalProductsVo1.23.No.3May..2010:1002—6673(2010)03—029—03三维缝纫机械手的设计汪峰.吴世林(武汉科技学院机电工程学院,湖北武汉430073)摘要:针对缝合三维纺织复合材料构件作业时缝合设备的需求.设计了一种伺服电机驱动的五自由度缝纫机械手,介绍了其主要结构.根据单边缝合法原理,利用曲柄滑块机构设计了一种单边缝合机构.运用D—H法构建了机械手的坐标系,推导了其位姿方程并求得逆解,作为控制系统设计的基础.关键词:单边缝合;曲柄滑块机构;机械手;位姿方程:TB47文献标识码:Adoi:lO.3969/j.issn.1002-6673.2010.03.0113DDesnofSewingManipulatorWANGFeng,WUShi-Lin(SchoolofElectricalandMechanicalEngineering,WuhanUniversityofScienceandEngineering,WuhanHubei430073,China)Abstract:Aimingatthedemandforsewingequipmenttostitch3Dfabriccomposite,asewingmanipulatorwith5-DOFisdesigned,whichisdrivenbyservomotoranditsmechanicalstructureisintroduced.Accordingtotheprincipleofunilateralsean'llegitimate,akindofone—side—stitchingmechanismbasedonslider—crankmechanismisdevelopedforthesystem.ThereferencecoordinatesofthemanipulatorarebuiltbasedonD—Hmethodandthepositionequationisdeduced.Theinversekinematicsofthismanipulatorissolvedasthebasicofdesign—ingthecontrollingsystem.Keywords:onesidestitching;shder—crankmechanism;manipulator;positionequation0引言在传统的缝纫设备中,勾线单元和缝合单元机械的关联在一起,它们被配置在缝料上下两面,这种缝纫设备能够完成二维平面的缝合工作.然而.在三维纺织复合材料的缝合过程中,传统的缝纫设备由于机针工作空间的限制无法缝合大量存在的复杂异形件.因此,将缝纫技术与机器人技术相结合,用机器手控制缝合机头,使缝合机头可以持续沿着被缝合件的缝口在三维空间移动,从而达到缝合大型异形构件的目的.本文所设计的三维缝纫机械手.正是针对缝合复合材料预成型件技术的特点,而提出的一种加工装置.1三维缝纫机械手技术分析三维缝纫机械手是以单边缝合机构作为末端执行器,由工业机器人本体提供缝合过程中单边缝合机头所需要收稿日期:2010—03-23作者简介:汪峰(1980一),男,硕士研究生.研究方向:智能机械及计算机仿真;吴世林(1970-),男,副教授.主要研究方向:智能缝绣技术,视觉伺服技术.的各种运动轨迹的操作机.其运动控制符合机器人运动学理论,单边缝合机头的工作方式遵循缝合技术原理.(1)单边缝合机构.单边缝合机构主要由缝合机构和挑线机构组成.可以从缝料的一个表面进行缝纫.单边缝合法正是为了克服双边缝合技术的缺点而开发出来的.OSS单边缝合技术[21的缝合方式与简单链式缝合原理相似.但它需要由两个缝合针头来完成.如图l所示,两针一线,一根传统的针和一根勾线针,两针都要沿针轴向运动,穿过缝料.勾线针接过普通针上的缝线然后穿回缝料,再穿过上次形成的线圈.通过这种方法相互锁结的线圈就形成了,其缝合线轨迹如图2所示.(2)缝纫机械手的技术要求.通过上述分析,可以对缝纫机械手提出以下几点技术要求:①单边缝合机构图1OSS单边缝合法图2OSS单边缝合法线轨迹29?开发与创新?的设计应考虑勾线针,引线针和挑线机构运动相互协调配合;②机械手一般应具有五个自由度.末端缝针沿着缝料表面的任意一点都要有一定的姿态.即确定缝针正压力的方向要与该点的法线方向一致.因此.机械手要提供缝针到达空间位姿的自由度,并考虑避障情况下所需的自由度;③缝纫机械手必须是连续轨迹控制,以此来达到连续缝合的目的.2三维缝纫机械手的设计三维缝纫机械手机构由单边缝合机构和操作机本体两部分组成,单边缝合机构为机械手的末端执行器,它用来缝合缝料,操作机本体的结构决定着缝合机构的运动轨迹和姿态.设计过程中将两部分机构有机结合起来,简化整机结构和控制系统.(1)单边缝合机构的设计.根据单边缝合法的要求.勾线机构和引线机构分别由两套曲柄滑块机构组成,由一套齿轮机构分别为它们提供动力,曲柄滑块机构分别带动勾线...