基于聯(lián)動機制理論的自動組合夾具規(guī)劃

摘要

一種規(guī)劃自動組合夾具的新方法以出現(xiàn)。該辦法通過評價夾具組合的可拆卸性和固定性，列出了采用工件聯(lián)動機制理論所有的可行位置方案，及排除不可行的位置方案。在一些新概念（如三角、定位可視錐等）的基礎(chǔ)上，發(fā)展出的算法可用來分析一個夾具方案的可拆卸性、可固定性及生成可行的夾具位置。這種方法能用來決定是工件的平面或工件的圓柱面作為夾緊面。為了闡述這種方法的效果，記述的一些測試的結(jié)果。

關(guān)鍵字：自動夾具規(guī)劃；夾緊分析；聯(lián)動機制；組合夾具

1．導(dǎo)言
組合夾具，在制造業(yè)是一種十分靈活的夾具設(shè)備，既可用于裝配，又可用于驗證流程。因為它能夠滿足對更大的靈活性的渴求，所以使用組合夾具也許會成為制造業(yè)領(lǐng)域的一個趨勢（即通過結(jié)合組合夾具各要素，它能夠處理不規(guī)則形狀的工件。采用組合夾具，可以改善制造系統(tǒng)的靈活性和快速反應(yīng)能力。不過，組合夾具規(guī)劃是一個非常困難的問題，尤其是對那些只能夠插入配套銷孔的組合夾具的定位銷系組合夾具系統(tǒng)。這就是為什么至今為止組合夾具規(guī)劃，仍是由產(chǎn)業(yè)里的設(shè)計師執(zhí)行，依靠設(shè)計師的經(jīng)驗和試錯的方法。手工規(guī)劃組合夾具的主要問題，在于要一個設(shè)計師列舉出所有可選擇的夾具方案幾乎是不可能的，這就使得它非常難尋找出最優(yōu)的夾具方案。顯然它阻礙了工業(yè)中孔系組合夾具的使用。
解決上述問題的一個方法，是使用電腦協(xié)助設(shè)計師執(zhí)行組合夾具規(guī)劃。近年來，自動組合夾具的研究受到越來越多得關(guān)注，并在這方面提出了一些做法。Asada and By [1]描述了強適應(yīng)性夾緊系統(tǒng)和硬件實現(xiàn)的基本概念。夾具的解析工具得到了發(fā)展，包括無障礙性和可拆卸性。這個系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分是帶有磁性夾持能力的夾具基底。這種系統(tǒng)是為了適應(yīng)柔性裝配和小批量生產(chǎn)。Brost and Goldberg [2] and Brost and Peters [3] 中介紹了對多邊形工件的一個合成組合夾具的“完成”算法。他們方法的基本假設(shè)是：工件，用一個簡單多邊形來表示；位置，用一個半徑不超過半個網(wǎng)格間距的圓來表示；裝夾設(shè)備是無窮大的，所有的接觸都是無摩擦的。算法輸出包括三點的位置、夾緊點以及線性位移和工件相對底板的旋轉(zhuǎn)角度。他們采用基于枚舉算法的方法，找出一個給定工件的三個位置。Zhuang et al.[4] 中探索了對于給定夾具配置模型和一個工件存在的組合夾具的解決方案，并介紹了一類不能由定位銷系組合夾具固定的多邊形。Wallack and Canny [5] 為裝夾工具像研制出一種自動算法稱為夾具鉗，其中涉及到裝在頜骨上的兩個夾具板和組合夾具元件。他們還提出一種輸出敏感算法，該算法首先列舉了所有規(guī)定頜骨能提供力封閉的四角邊緣部分，然后每四方邊還列舉了所有夾具位置的四角，驗證力封閉，并生成能固定給定棱柱形物體的所有配置的組合夾具的工具箱。Penev and Requicha [6] 研究了多邊形工件的初始打樣，并提交了一份算法計算初始打樣腳的位置，排除了不正確的負荷構(gòu)成。Overmars [7] 等人介紹了點/邊夾具范式下的物體是由一邊和兩點接觸固定。Wang [8] 等人研究落實了裝夾三維面的零件與七個單元體系結(jié)構(gòu)的方法。Wu [9,10] 等人介紹了分析組合夾具幾何性、精確性、夾緊和無障礙性的系統(tǒng)性方法。在他們的理論中，三個定位—工件的接觸情況是按下列條件來決定：定位面類型和定位接觸面類型；組件之間的定位關(guān)系；描述工件的三個三角函數(shù)方程；通過求解三個方程，獲得相對于夾具的工件位置和三個定點位置。根據(jù)對2維物體的自由度分析，逐步建立算法過程，通過枚舉所有可能的夾緊力找出可能的夾持位置。這種方法是可行的且有系統(tǒng)的，但它的復(fù)雜性和其計算效率還有待進一步的改善。