自動(dòng)工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀研究及創(chuàng)新發(fā)展

呂達(dá)+賈銳

摘 要：工業(yè)一直處于飛速發(fā)展的現(xiàn)代，形式各異的自動(dòng)化技術(shù)也被廣泛應(yīng)用，機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，尤其是在工業(yè)中被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)上下料機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)線生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，在手臂伸縮和立柱升降的機(jī)構(gòu)要保證機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度，對(duì)自動(dòng)機(jī)械手實(shí)例滑槽杠桿式手部進(jìn)行分析研發(fā)以及機(jī)身等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做了分析與創(chuàng)新前景研究。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；工業(yè)機(jī)械手；創(chuàng)新發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.043

0 引言

機(jī)械手裝置是按照給定程序、軌跡及要求模擬人手的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)或操作等特定功能的自動(dòng)機(jī)械裝置。工業(yè)機(jī)械手是當(dāng)前逐步發(fā)展起來(lái)的一種新型科技含量高的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，也是三大支柱產(chǎn)業(yè)——工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)強(qiáng)有力的組成部分。通過(guò)程序員的編程可以完成各種預(yù)期的作業(yè)，尤其是在構(gòu)性能與結(jié)構(gòu)上，人和機(jī)器都有各自的優(yōu)點(diǎn)。

按照規(guī)定的時(shí)間、位置和編寫的程序，工業(yè)機(jī)械手能完成工件的傳送和裝卸等操作，前提是按照生產(chǎn)工藝要求編程完成，還能因地制宜，以此改善工人的勞動(dòng)條件，操作必要的機(jī)械設(shè)備完成裝配，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)的自動(dòng)化，提升效率，增加產(chǎn)能。

1 工業(yè)機(jī)械手現(xiàn)狀

工業(yè)機(jī)械手可按編寫的程序?qū)ぜM(jìn)行抓取、運(yùn)輸?shù)炔僮?，在?shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化情況下能替代人工作，也可以替代人做繁重的體力活，更可以在有毒有害等特殊情況下代替人工作，保障勞動(dòng)者的人身安全。

手和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)疑是機(jī)械手的核心部分。機(jī)械手的自由度包括升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。依靠至少6個(gè)自由度可以在空間中抓取任意的位置、任意的角度和方向的工件，因此，自由度是工業(yè)機(jī)械手在設(shè)計(jì)與安裝、調(diào)試、檢修過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)。舉個(gè)例子，二指回轉(zhuǎn)型的手爪，結(jié)構(gòu)方式采用滑槽杠桿形式，常用常開(kāi)觸點(diǎn)對(duì)夾緊裝置進(jìn)行操作，根據(jù)力學(xué)結(jié)構(gòu)基本分析可得下圖1：常見(jiàn)的滑槽杠桿式手部結(jié)構(gòu)圖。

2 創(chuàng)新發(fā)展與方向

2.1 模塊化

通常情況下模塊化拼裝的機(jī)械手是最具有靈活性的。模塊化機(jī)械手在同一機(jī)械手上由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，其自如的運(yùn)動(dòng)可以擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍。

2.2 重復(fù)高精度

機(jī)械手對(duì)于要達(dá)到指定工作點(diǎn)的精確程度，如果動(dòng)作重復(fù)多次會(huì)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度就是重復(fù)精度。對(duì)于一個(gè)機(jī)械手其定位不夠精確，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，但其可以預(yù)測(cè)，從而可以通過(guò)編程予以校正，然后通過(guò)一定次數(shù)地反復(fù)運(yùn)行來(lái)測(cè)定與限定隨機(jī)誤差的范圍。

2.3 無(wú)給油化

要滿足各行業(yè)無(wú)污染要求，已研究出不供油的各種潤(rùn)滑元件。當(dāng)今新形勢(shì)下，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展、材料新技術(shù)也是突飛猛進(jìn)，結(jié)構(gòu)特殊的新型材料，便擁有節(jié)省潤(rùn)滑油、安全文明、穩(wěn)定性高、使用耐久等種種優(yōu)勢(shì)。

2.4 機(jī)電一體化

自動(dòng)化技術(shù)的核心目前是由“PLC（可編程序控制器）-傳感器-液壓元件”組成典型的控制系統(tǒng)，發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制元件，這樣即可從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)升到高精度的“反饋控制”，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.5 創(chuàng)新研發(fā)

（1）工作介質(zhì)的發(fā)展新方向。隨著我國(guó)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)、勞動(dòng)力成本不斷攀升，機(jī)器人與機(jī)械手的生產(chǎn)成本下降，未來(lái)“十三五”期間，機(jī)械手與機(jī)器人依然是重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象之一，自動(dòng)機(jī)械手產(chǎn)業(yè)正面臨加速增長(zhǎng)拐點(diǎn)。液壓技術(shù)的創(chuàng)新與改革可以體現(xiàn)在比如新興的電流變液、磁流變液研究與發(fā)展，例如用水做的水液壓，具有無(wú)污染、節(jié)能安全、清潔衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在環(huán)保上也可以得以保證。

（2）工作效率。工業(yè)機(jī)器人本體，如多自由度機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、坐標(biāo)機(jī)器人、桁架機(jī)械手、助力機(jī)械手，其泄露問(wèn)題是影響工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)工作效率的主要原因之一。密封件產(chǎn)品的質(zhì)量和密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高是一個(gè)重要指標(biāo)。

（3）材料方面。面向焊接、噴涂、涂膠、堆垛、搬運(yùn)、裝配、檢測(cè)、分揀、包裝等應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)械手，其機(jī)械元件質(zhì)量和品質(zhì)的提高將極大推動(dòng)新的發(fā)展，尤其材料表面的處理也會(huì)成為該領(lǐng)域新的研究動(dòng)向。

（4）故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。伴隨著系統(tǒng)傳動(dòng)和控制在礦山機(jī)械、自動(dòng)化生產(chǎn)線、工程建筑等越來(lái)越多的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)內(nèi)部故障檢測(cè)比較困難，因此其在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是很必要的，可以從操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、仿真技術(shù)、測(cè)試技術(shù)與設(shè)備、應(yīng)用軟件著手。

3 總結(jié)

工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為行業(yè)及機(jī)器人等裝備制造業(yè)中不可或缺的一部分，在今后的工業(yè)生產(chǎn)制造中，它既可提高勞動(dòng)效率，也對(duì)環(huán)境要求低，還可以不間斷工作，由于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域等的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新發(fā)展，自動(dòng)液壓機(jī)械手在未來(lái)一定會(huì)大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：呂達(dá)，男，講師，研究方向：電氣自動(dòng)化。