物料搬運(yùn)機(jī)械手研制探討

摘要：隨著近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球化的趨勢(shì)越來越高。對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)效率要求越來越高。而在制造加工企業(yè)中，物料的搬運(yùn)與管理是企業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)。采用機(jī)械手進(jìn)行物料搬運(yùn)可以大大提高企業(yè)的搬運(yùn)效率，幫助相關(guān)企業(yè)在日常的生產(chǎn)管理中提高自動(dòng)化程度。機(jī)械手一般由三個(gè)部分組成，分別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)。文章試分析機(jī)械手在物料搬運(yùn)中發(fā)揮的作用，探討物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手；物料搬運(yùn)；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）18-0024-02

在當(dāng)前的物料搬運(yùn)設(shè)備中，可分為對(duì)大型物件和對(duì)小型物件。這兩者的搬運(yùn)設(shè)備選擇主要針對(duì)搬運(yùn)設(shè)備能提起的重量。對(duì)于小型物件而言，又可分為不易損壞和易損壞兩個(gè)類型。在之前的生產(chǎn)搬運(yùn)過程中，傳統(tǒng)的搬運(yùn)設(shè)備往往不能滿足易損壞物品的要求。因?yàn)橐讚p壞的物品對(duì)搬運(yùn)設(shè)備的力度、精度、軌跡有著嚴(yán)格的控制，所以企業(yè)往往采用人工搬運(yùn)的方式。人工搬運(yùn)雖然可以滿足易損壞物件的安全，但是這種搬運(yùn)方式往往效率低，費(fèi)用高。這阻礙企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和提高自身競(jìng)爭(zhēng)力。但隨著20世紀(jì)50年代一種類似于人手的機(jī)械手的興起，給這種易損壞物品在搬運(yùn)方式上帶來全新的改變。機(jī)械手的靈活多變，精確度高深受企業(yè)的喜愛。機(jī)械手現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，在海洋開發(fā)和宇宙探測(cè)有著十分出彩的變現(xiàn)。應(yīng)該說，機(jī)械手正改變著傳統(tǒng)的搬運(yùn)方式。

1機(jī)械手的研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)機(jī)械手的發(fā)展定義三代機(jī)械手。通過輸入相關(guān)程序，定義機(jī)械手的動(dòng)作，近而使機(jī)械手重復(fù)進(jìn)行作業(yè)的機(jī)械手稱為第一代機(jī)械手。在機(jī)械手的搬運(yùn)路徑過程中，安放不同的傳感器，利用傳感器傳遞的信息控制機(jī)械手稱為第二代機(jī)械手。第三代機(jī)械手就是“智能機(jī)器人”，盡管盡管歐美和日本等許多國(guó)家都投入了大量人力物力，但仍處于發(fā)展階段。

1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外的機(jī)械手在物料搬運(yùn)的應(yīng)用上發(fā)展的比較快。目前已經(jīng)開發(fā)出具有多個(gè)自由度且精度高的機(jī)械手。除了在物料搬運(yùn)方面，國(guó)外的機(jī)械手也應(yīng)用于點(diǎn)焊、噴漆等方面。目前在物料搬運(yùn)方面，主要是研究更加智能的機(jī)械手，使之具有感應(yīng)物件材料的能力，并能通過查找信息庫(kù)，自動(dòng)設(shè)定相應(yīng)的夾持方式和搬運(yùn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的高度自動(dòng)化。目前國(guó)外的機(jī)械手已經(jīng)向電子信息、航天航空、生物技術(shù)、深海探測(cè)等方面發(fā)展。除了在自由度方面的突破，現(xiàn)在的機(jī)械手的定位精度已經(jīng)可滿足微米甚至是亞微米級(jí)的要求。

1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)機(jī)械手目前的發(fā)展還比較滯后。在物料搬運(yùn)領(lǐng)域中，主要還是依賴于國(guó)外的進(jìn)口。特別是在要求定位精度高的搬運(yùn)機(jī)械手。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)械手主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，國(guó)內(nèi)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式、定位精度大部分無法滿足易脆易損壞物品的需要。

2物料搬運(yùn)機(jī)械手

本物料搬運(yùn)機(jī)械手將適用于所設(shè)想的物料搬運(yùn)與管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，由于所設(shè)計(jì)的搬運(yùn)系統(tǒng)精度高、自動(dòng)化高，主要針對(duì)昂貴的易損、易摔的物品，如花瓶古董、工藝品。該系統(tǒng)主要將之前的研究成果與物料管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使企業(yè)在物料管理上自動(dòng)化程度大大提高，對(duì)提高搬運(yùn)效率和降低出錯(cuò)率，減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高搬運(yùn)調(diào)度管理水平具有重要作用。對(duì)類似于物料搬運(yùn)與管理系統(tǒng)的開發(fā)具有重要借鑒作用。

這個(gè)系統(tǒng)包括物料搬運(yùn)和物料管理兩個(gè)方面。其中機(jī)械手裝置是整個(gè)系統(tǒng)的核心。其工作流程如下，首先通過檢測(cè)物料獲得相應(yīng)的物料信息，通過物料信息確定物料是否需要進(jìn)行再包裝。在通過查找物料搬運(yùn)信息庫(kù)，確定物料的搬運(yùn)方式，近而設(shè)定機(jī)械手的工作參數(shù)。

針對(duì)于設(shè)計(jì)的物料搬運(yùn)機(jī)械手不僅要滿足機(jī)械手搬運(yùn)物件的基本要求，更是要與存放物料的倉(cāng)庫(kù)管理方式相適應(yīng)。物料搬運(yùn)機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)有：①在本系統(tǒng)中給機(jī)械手提供四個(gè)自由度的選擇，可根據(jù)實(shí)際物料情況選擇自由度；②利用傳感器掃描物料，獲得物料的基本特征（形狀、尺寸、重量、材料等）；③提供物料是否在加工包裝確定；④提供物料信息庫(kù)查詢和搬運(yùn)物料方式信息庫(kù)查詢；⑤提供二維碼生成服務(wù)，即給掃描后的物料根據(jù)其特征由物料搬運(yùn)方式信息庫(kù)生成相應(yīng)信息的二維碼；⑥提供機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)抓取物件的選擇（夾持型、托持型、吸附型）；⑦提供機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇（根據(jù)精度和重量選擇液壓、氣壓、電氣、機(jī)械驅(qū)動(dòng)）；⑧提供機(jī)械手控制方式工作順序和運(yùn)動(dòng)速度的選擇；⑨提供機(jī)械手控制方式選擇（點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制）。

物料搬運(yùn)機(jī)械手各部分的說明如下。

2.1執(zhí)行部分

執(zhí)行部分主要由手部、手臂、軀干組成。其中在手部中，手指的關(guān)節(jié)由電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在手指處裝有傳感器，當(dāng)檢測(cè)到三個(gè)手指都已經(jīng)夾持住物件，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。執(zhí)行部分能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作應(yīng)包括水平伸出、夾持物件、豎直上升、豎直下降、順向轉(zhuǎn)動(dòng)、逆向轉(zhuǎn)動(dòng)、松開物件等動(dòng)作。

2.2驅(qū)動(dòng)部分

機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。在選擇的過程中，更根據(jù)物件的特點(diǎn)選擇相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方式。重量大、抓取速度快的東西采用液壓、體積大、堅(jiān)固的東西采用氣壓、精度高的東西選擇電氣驅(qū)動(dòng)、動(dòng)作要求可靠，成本低的東西選用機(jī)械驅(qū)動(dòng)。

2.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是物料搬運(yùn)機(jī)械手的核心部分。本系統(tǒng)主要可根據(jù)機(jī)械手本身的裝置（傳感器、光電增碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、伺服電機(jī)）選擇機(jī)械手的工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、加減速度、點(diǎn)位或連續(xù)控制。其中運(yùn)動(dòng)速度和定位精度是搬運(yùn)過程中的重要參數(shù)。運(yùn)動(dòng)速度過低，無法保證機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)范圍。運(yùn)動(dòng)速度過高，無法保證機(jī)械手搬運(yùn)物料的平穩(wěn)性。定位精度過低，無法保證物料搬運(yùn)位置的準(zhǔn)確性。定位精度過高，會(huì)使搬運(yùn)的成本提高，降低企業(yè)的利潤(rùn)。

3結(jié)語(yǔ)

未來的物料搬運(yùn)機(jī)械手將朝重復(fù)高精度、模塊化、無給油化、機(jī)電一體化這四個(gè)方向發(fā)展。重復(fù)高精度主要指的是在搬運(yùn)過程中機(jī)械手的定位精度。現(xiàn)在的普遍機(jī)械手只有實(shí)現(xiàn)三四次的可靠定位。如果未來機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)多次可靠的定位精度，將極大地減少設(shè)備的維修和物料的二次搬運(yùn)。模塊化指的是未來機(jī)械手的搬運(yùn)裝置將各部分實(shí)現(xiàn)的相近功能為一個(gè)模塊。如在設(shè)想的機(jī)械手物料搬運(yùn)裝置過程中將分為四個(gè)模塊：物料信息采集模塊、物料再處理模塊、物料搬運(yùn)裝置模塊、搬運(yùn)裝置自檢測(cè)模塊。模塊化可以使得裝置的維修更加方便，更加高效。無給油化是為了適應(yīng)搬運(yùn)要求更為嚴(yán)格的物料需要而產(chǎn)生的。在日常的搬運(yùn)過程中，有些物品如藥物、紡織等不能接觸油液。這使得需要油液潤(rùn)滑的裝置做出進(jìn)一步的改變。如果未來的物料搬運(yùn)機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)無給油潤(rùn)滑，那么將極大地豐富機(jī)械手的應(yīng)用范圍。機(jī)電一體化指的是將傳統(tǒng)的搬運(yùn)裝置與電氣、軟件、電子等高新裝置結(jié)合起來，提高機(jī)械手的自動(dòng)化程度，解放勞動(dòng)力的重復(fù)操作。物料搬運(yùn)是企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，提高物料搬運(yùn)的自動(dòng)化對(duì)提高企業(yè)的自身競(jìng)爭(zhēng)力有重要的影響。在未來，將有更多的物料采用機(jī)械手進(jìn)行搬運(yùn)。這對(duì)于機(jī)械行業(yè)是個(gè)機(jī)遇，也是個(gè)挑戰(zhàn)。

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