電鍍線三自由度機械手的設(shè)計

陳 剛

（株洲職業(yè)技術(shù)學院,湖南株洲 412000）

電鍍線三自由度機械手的設(shè)計

陳 剛

（株洲職業(yè)技術(shù)學院,湖南株洲 412000）

根據(jù)環(huán)形電鍍線的特點,詳細介紹了三自由度機械手的基本形式,并分析了其運動過程;就三自由度機械手在環(huán)形電鍍生產(chǎn)線中的應用做了說明,為環(huán)形電鍍生產(chǎn)線的設(shè)計提供了新的方法。

電鍍;機械手;環(huán)形電鍍生產(chǎn)線

0 前言

在自動化裝配電鍍生產(chǎn)線上,機械手能將單個或多個工件快速的從一個位置準確地抓取移動到目標位置。機械手的應用大大提高了生產(chǎn)效率,也更容易實現(xiàn)自動化控制,同時其還能使操作人員免受電鍍環(huán)境對于人身健康的影響。目前應用較多的機械手有二自由度機械手和三自由度機械手。

1 三自由度機械手的基本形式與運動分析

三自由度機械手相對于二自由度機械手結(jié)構(gòu)更復雜,它是在二自由度機械手的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的,只是比二自由度機械手增加了一個方向的運動。在電鍍生產(chǎn)線上,三自由度機械手的兩種基本形式是:（1）搖臂式自動取料機械手;（2）橫行式自動取料機械手。這兩種機械手大量應用于工業(yè)生產(chǎn)線上的自動取料,具有很強的代表性。

1.1 搖臂式自動取料機械手

典型的搖臂式自動取料機械手,其運動由X,Y兩個相互垂直方向的直線運動與一個擺動運動組合而成,如圖1所示。搖臂式自動取料機械手一般為小型機械手,圖2為此種機械手的應用實例。

這種機械手的運動過程如下:

（1）動作1 當執(zhí)行下降取料命令后,機械手抓取裝置沿Z軸方向垂直下降,如圖1中軌跡1所示,抓取動作可以通過吸盤、氣動手指和杠桿機構(gòu)等完成;

圖1 三自由度機械手運動形式一

圖2 搖臂式自動取料機械手實例

（2）動作2 抓取鍍件的機械手沿Z軸反方向運行到原點,如圖中軌跡2所示;

（3）動作3 機械手繞Z軸旋轉(zhuǎn)一定角度為下一次運動做準備,如圖中軌跡3所示;

（4）動作4 機械手沿X軸方向?qū)㈠兗\行到釋放點上方,再通過Z軸的下降運動將鍍件釋放到指定地點;

（5）動作5 機械手沿上述軌跡反方向運動到原點,開始下一個循環(huán)。

根據(jù)控制要求,旋轉(zhuǎn)運動和X軸方向的直線運動可以同時進行。

1.2 橫行式自動取料機械手

典型的橫行式自動取料機械手,其運動由 X,Y,Z 3個相互垂直方向的直線運動組合而成,也稱為三自由度平移機械手。

（1）運動形式

橫行式自動取料機械手的手臂結(jié)構(gòu)與搖臂式機械手的手臂結(jié)構(gòu)是類似的,所不同的是橫行式自動取料機械手的運動全部為直線運動,在結(jié)構(gòu)上更具有代表性,如圖3所示。橫行式自動取料機械手的結(jié)構(gòu)分為X軸、Y軸、Z軸3部分,主要在空間運動距離較大的場合使用;而搖臂式機械手則將其中一個直線運動用更簡單的擺動運動所代替。

圖3 三自由度機械手運動形式二

（2）運動過程分析

這種機械手在結(jié)構(gòu)上主要是將X軸、Y軸、Z軸（主手、副手）、底座等4部分采用模塊化的方式通過直線導軌機構(gòu)搭接而成,其中 X軸、Y軸、Z軸在相互垂直的方向上進行搭接連接。直線導軌機構(gòu)不僅是運動導向部件,各部分結(jié)構(gòu)的連接也是通過直線導軌機構(gòu)來實現(xiàn)的。

這種機械手的運動過程如下:

動作1 當執(zhí)行下降取料命令后,機械手抓取裝置沿Z軸方向垂直下降,如圖3中軌跡1所示,抓取裝置包括吸盤、氣動手指和杠桿機構(gòu)等;

動作2 機械手抓取鍍件后沿Z軸反向回到原點,如圖中軌跡2所示;

動作3 機械手抓取鍍件沿 Y軸方向移動,如圖中軌跡3所示;

動作4 根據(jù)運動需要,機械手抓取鍍件沿X軸方向移動,實現(xiàn)跨距轉(zhuǎn)移,如圖中軌跡4所示;

動作5 當鍍件運行到釋放點上方時,機械手執(zhí)行下降命令沿軌跡5下降至釋放點釋放鍍件,完成一次鍍件的轉(zhuǎn)移;

動作6、動作7、動作8 這幾個動作沿上述運動軌跡反向運行,回到原點位置,進人待料狀態(tài),等待下一次取料循環(huán)。

這種橫向移動,根據(jù)控制和運行的要求,X軸、Y軸、Z軸的運動可以同時進行。

2 在環(huán)形電鍍線中的布置形式

環(huán)形電鍍生產(chǎn)線是電鍍行業(yè)大批量生產(chǎn)中常采用的設(shè)備,其環(huán)形的形成除了傳統(tǒng)的懸掛鏈外,還可以通過機械手來實現(xiàn),其平面布置圖,如圖4所示。

圖4 環(huán)形電鍍線示意圖

在過渡區(qū),機械手若為三自由度,其可用的坐標形式有兩種。

（1）直角坐標式機械手 手臂末端沿直角坐標系的X,Y,Z 3個坐標軸作直線移動,如圖5（a）所示。

（2）圓柱坐標式機械手 具有一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和兩個移動關(guān)節(jié),構(gòu)成圓柱形狀的工作范圍,如圖5（b）所示。

圖5 三自由度的兩種典型坐標形式

3 小結(jié)

隨著電鍍工業(yè)的發(fā)展,對電鍍工藝提出了新的要求,同樣對電鍍設(shè)備也提出了更高的要求。機械手因其具有良好的空間轉(zhuǎn)移性能和控制性能佳等特點,因而在電鍍生產(chǎn)線上有很好的應用前景。

[1] 張立茗.我國電鍍設(shè)備的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].電鍍與精飾,2001,23（5）:13-15.

[2] 陳剛.機電一體化技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2010.

[3] 陳剛.環(huán)形電鍍生產(chǎn)線機械手過渡的實現(xiàn)[J].電鍍與環(huán)保,2010,30（5）:14-15.

Design of Three-Degree-of-Freedom Transition Robot for Electroplating Line

CHEN G ang

（Zhuzhou Professional Technical Institute,Zhuzhou 412000,China）

The basic form of the robot is described according to the features of electroplating line,and its moving process is also analyzed.The application of the robot in circular electroplating line is illustrated,providing a new design method for this application.

electroplating;robot;circular electroplating line

TQ 150.5

A

1000-4742（2011）04-0034-03

2010-10-19