摘要：主要从工业机械手的发展现状、机械手的应用、机械部分的设计对工业机械手设计研究等方面进行阐述。
关键词：工业机械手; 设计; 研究;
工业机械手在工业生产中起到重要作用, 工业机械手在实际工作过程中, 必须提高机械手设计的职能, 根据企业的实际需要进行科学, 合理的进行工业机械手设计, 能为企业的发展提供服务职能。工业机械手是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。采用工业机械手是提高产品质量与劳动生产率, 实现生产过程自动化, 改善劳动条件, 减轻劳动强度的一种有效手段。它是一种模仿人体上肢的部分功能, 按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。
1 工业机械手的发展现状
1.1 驱动方式发展现状
现在的工业机械手驱动方式, 大多采用电机驱动。电机驱动的工业机械手, 具有精度高、驱动力大、响应快等优点。同时采用电机驱动, 必须使用减速机构, 因此, 采用电机驱动方式的机械手的成本, 会大大高于其他方式驱动的, 因而限制了电机驱动机械手的应用。随着气动技术的高速发展, 又由于气压驱动具有其他驱动方式所没有的一些优点, 如成本低、高性价比、无污染、结构简单、抗干扰能力强等, 因而越来越多的`工业机械手, 采用气动控制, 因而气动技术也得到了迅速发展。
1.2 定位精度发展现状
在气动技术发展初期, 由于技术的不成熟, 利用气压驱动的工业机械手的定位精度很低, 更无法实现在任意位置的起停, 只能靠气缸两个终点位置来实现定位, 或者采用多位气缸, 而多位气缸的定位长度, 也已经由气缸的行程确定, 同样无法实现机械手在任意位置的起停。如果要多加一个定位位置, 或者是要改变预先确定的两个定位位置之间的距离, 则需要另外再设计一个多位气缸, 这样就会导致气缸的滑块导向机构更加复杂。所以, 早期的气动工业机械手不能实现任意位置的定位, 因此限制气动工业机械手的发展。
2 机械手的应用
2.1 合单机实现自动化
生产上出现的许多高效专用加工设备 (如各种专用机床等) , 如果工件的装卸等辅助作业, 继响人工操作, 不仅会增加工人劳动强度, 同时亦不能充分发挥专用设备的效能, 必然会影响劳动生产率的提高。若采用机械手代替人工上、下料, 则可改变上述不相适应的情况, 实现单机自动化生产, 并为实现多机床看管提供了条件, 如:自动机床及其上下料机械手、冲压机械手、注塑机及其取料机械手等。
2.2 组成自动生产线
在单机自动化的基础上, 若采用机械手自动装卸和输送工件, 可使一些单机连接成自动生产线。目前在轴类和盘类工件的生产线上, 采用机械手来实现自动化生产尤为广泛。如:轴类加工自动生产线及其上下料机械手、盘类加工自动生产线及其机械手、齿轮加工机床的上下料机械手等。
3 机械部分的设计
3.1 手部
机械手的手部, 是用来抓持工件 (或工具) 的部件。手部抓持工件的迅速、准确和牢靠程度, 都将直接影响到机械手的工作性能, 是机械手的关键部件之一。
1) 手部总体确定。手部是承担抓取刀具的机构, 由手指传力机构和驱动装置等组成, 是机械手的重要组成部分之一。根据被抓起部件的材料、形状、尺寸以及一些特性的不同, 此机械手部分为手指式。2) 驱动力的计算。手指夹持工件所需要驱动力的大小, 在同一夹紧力的条件下, 随所采用的传动结构的不同而异。但其计算方法都是按照具体的传动机构进行力的分析, 根据力系平衡原理来进行的。
3.2 手腕
机械手的手腕连接于手和手臂之间, 用于调整手的方向。此机械手能旋转任何角度, 所以手腕能分别独立的绕X、Y、Z轴向实现转动, 即实现手×腕的任何角度的伸缩和转动。
手腕回转的驱动力距M通常计按下式计算:
M摩———手腕支撑处的摩擦阻力矩 (N·m) ;
M偏——工件重心偏置的偏置力矩 (N·m) ;
M惯——手腕运动的惯性力矩 (N·m) 。
3.3 手臂
手臂部是机械手的主要执行部件, 其作用是支承手部, 主要用来改变刀具的位置。手部在空间的活动范围, 主要取决于臂部的运动形式。手臂部的运动和结构形式, 对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应注意下列几点:
1) 刚度要好。要合理选择臂部的截面形状和轮廓尺寸。实践证明, 空心杆比实心杆刚度大得多。常用钢管作臂部和导向杆, 用工字钢和槽钢作支承板, 以保证有足够的刚度。2) 偏重力矩要小。偏重力矩是指臂部的总重力对其支承或回转轴所产生的力矩。其对臂部的升降运动和转动, 均将产生影响, 设计时应使臂部各部分的质量分布合理, 以减少其偏重力矩。3) 自重要轻, 惯量要小。由于机械手在高速情况下经常起停和换向, 为了减少在运动状态变化时所产生的冲击, 除了必须采取有效的缓冲装置外, 还要力求结构紧凑, 自重轻, 以减少惯性力。
参考文献
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