摘要：主要從工業機械手的發展現狀、機械手的應用、機械部分的設計對工業機械手設計研究等方面進行闡述。
關鍵詞：工業機械手; 設計; 研究;
工業機械手在工業生產中起到重要作用, 工業機械手在實際工作過程中, 必須提高機械手設計的職能, 根據企業的實際需要進行科學, 合理的進行工業機械手設計, 能為企業的發展提供服務職能。工業機械手是一種機械技術與電子技術相結合的高技術產品。采用工業機械手是提高產品質量與勞動生產率, 實現生產過程自動化, 改善勞動條件, 減輕勞動強度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能, 按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術裝備。
1 工業機械手的發展現狀
1.1 驅動方式發展現狀
現在的工業機械手驅動方式, 大多采用電機驅動。電機驅動的工業機械手, 具有精度高、驅動力大、響應快等優點。同時采用電機驅動, 必須使用減速機構, 因此, 采用電機驅動方式的機械手的成本, 會大大高于其他方式驅動的, 因而限制了電機驅動機械手的應用。隨著氣動技術的高速發展, 又由于氣壓驅動具有其他驅動方式所沒有的一些優點, 如成本低、高性價比、無污染、結構簡單、抗干擾能力強等, 因而越來越多的`工業機械手, 采用氣動控制, 因而氣動技術也得到了迅速發展。
1.2 定位精度發展現狀
在氣動技術發展初期, 由于技術的不成熟, 利用氣壓驅動的工業機械手的定位精度很低, 更無法實現在任意位置的起停, 只能靠氣缸兩個終點位置來實現定位, 或者采用多位氣缸, 而多位氣缸的定位長度, 也已經由氣缸的行程確定, 同樣無法實現機械手在任意位置的起停。如果要多加一個定位位置, 或者是要改變預先確定的兩個定位位置之間的距離, 則需要另外再設計一個多位氣缸, 這樣就會導致氣缸的滑塊導向機構更加復雜。所以, 早期的氣動工業機械手不能實現任意位置的定位, 因此限制氣動工業機械手的發展。
2 機械手的應用
2.1 合單機實現自動化
生產上出現的許多高效專用加工設備 (如各種專用機床等) , 如果工件的裝卸等輔助作業, 繼響人工操作, 不僅會增加工人勞動強度, 同時亦不能充分發揮專用設備的效能, 必然會影響勞動生產率的提高。若采用機械手代替人工上、下料, 則可改變上述不相適應的情況, 實現單機自動化生產, 并為實現多機床看管提供了條件, 如:自動機床及其上下料機械手、沖壓機械手、注塑機及其取料機械手等。
2.2 組成自動生產線
在單機自動化的基礎上, 若采用機械手自動裝卸和輸送工件, 可使一些單機連接成自動生產線。目前在軸類和盤類工件的生產線上, 采用機械手來實現自動化生產尤為廣泛。如:軸類加工自動生產線及其上下料機械手、盤類加工自動生產線及其機械手、齒輪加工機床的上下料機械手等。
3 機械部分的設計
3.1 手部
機械手的手部, 是用來抓持工件 (或工具) 的部件。手部抓持工件的迅速、準確和牢靠程度, 都將直接影響到機械手的工作性能, 是機械手的關鍵部件之一。
1) 手部總體確定。手部是承擔抓取刀具的機構, 由手指傳力機構和驅動裝置等組成, 是機械手的重要組成部分之一。根據被抓起部件的材料、形狀、尺寸以及一些特性的不同, 此機械手部分為手指式。2) 驅動力的計算。手指夾持工件所需要驅動力的大小, 在同一夾緊力的條件下, 隨所采用的傳動結構的不同而異。但其計算方法都是按照具體的傳動機構進行力的分析, 根據力系平衡原理來進行的。
3.2 手腕
機械手的手腕連接于手和手臂之間, 用于調整手的方向。此機械手能旋轉任何角度, 所以手腕能分別獨立的繞X、Y、Z軸向實現轉動, 即實現手×腕的任何角度的伸縮和轉動。
手腕回轉的驅動力距M通常計按下式計算:
M摩———手腕支撐處的摩擦阻力矩 (N·m) ;
M偏——工件重心偏置的偏置力矩 (N·m) ;
M慣——手腕運動的慣性力矩 (N·m) 。
3.3 手臂
手臂部是機械手的主要執行部件, 其作用是支承手部, 主要用來改變刀具的位置。手部在空間的活動范圍, 主要取決于臂部的運動形式。手臂部的運動和結構形式, 對機械手的工作性能有著較大的影響。設計時應注意下列幾點:
1) 剛度要好。要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸。實踐證明, 空心桿比實心桿剛度大得多。常用鋼管作臂部和導向桿, 用工字鋼和槽鋼作支承板, 以保證有足夠的剛度。2) 偏重力矩要小。偏重力矩是指臂部的總重力對其支承或回轉軸所產生的力矩。其對臂部的升降運動和轉動, 均將產生影響, 設計時應使臂部各部分的質量分布合理, 以減少其偏重力矩。3) 自重要輕, 慣量要小。由于機械手在高速情況下經常起停和換向, 為了減少在運動狀態變化時所產生的沖擊, 除了必須采取有效的緩沖裝置外, 還要力求結構緊湊, 自重輕, 以減少慣性力。
參考文獻
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