用于柔性生產(chǎn)線的多用途機械手臂

【摘 要】 機械手臂主要用于人工無法操作的惡劣環(huán)境，具有靈活性好、應用范圍廣的優(yōu)點，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)的重要生產(chǎn)工具；在實際工程生產(chǎn)中，機械手的應用大大提高了生產(chǎn)效率，對于很多工作強度大、工作時間長工作環(huán)境來說，機械手臂發(fā)揮著不可替代的作用。對于柔性生產(chǎn)線來說，要實現(xiàn)物料自動傳送和不同方向上的傳輸，通常需要繁瑣單調(diào)的流水線操作，然而這種傳統(tǒng)的操作模式在人力物力上具有相當高的成本，為降低成本提高效率，多用途機械手臂廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。因此對于柔性生產(chǎn)線上的多用途機械手臂的研究具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 機械手臂 柔性生產(chǎn)線 生產(chǎn)工具

1.項目意義

隨著我國工業(yè)的高速發(fā)展，特別是進入21世紀以后，機械手臂廣泛應用于汽車、航空航天等領(lǐng)域；在計算機輔助制造工業(yè)和自動化生產(chǎn)過程中更是隨處可見機械手臂的身影。特別在對于危害工人健康的惡劣環(huán)境下，如焊接工藝，機械手臂的應用不僅能消除環(huán)境對工人造成的負面影響，更是提高了工作效率和降低了制造成本。而對于在由多臺機床組成的自動運輸?shù)纳a(chǎn)線上即在柔性生產(chǎn)線上，機械手臂發(fā)揮著不可替代的作用[1]。因此，對于柔性生產(chǎn)線上多用途機械手臂的研究不僅是生產(chǎn)的需要，更是順應了當今世界工業(yè)發(fā)展的大趨勢；在節(jié)省原料、提高生產(chǎn)效率、降低人力物力投入、擴展生產(chǎn)范圍等方面，都具有重要的現(xiàn)實意義。

2.競爭現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

我國的機械手臂的起步來自于機器人產(chǎn)業(yè)興起，起步于我國第七個“五年計劃”的科技攻關(guān)項目，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，如今我國已經(jīng)有了一套相當成型的機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)，其中，工業(yè)機器手得到了最為廣泛的發(fā)展，幾乎涉及了我國所有的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在制造成型方面，如焊接、鑄造、沖壓等機械加工[2]，以及生產(chǎn)線的傳送、運輸和裝配[3]方面，都有著機械手臂的存在；特別是在航空航天領(lǐng)域，對靈活性高的機械手臂有著非常廣泛的應用[4]。但是由于我國起步較晚，加上在芯片和集成控制領(lǐng)域落后于美國、日本等發(fā)達國家，使得我國在工業(yè)機器手方面的競爭力在國際上還不夠高，比著發(fā)達國家相對落后。縱觀世界機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，機械手臂主要沿著運動軌跡和位置優(yōu)化方向[5]，以及芯片硬件的智能開發(fā)方向發(fā)展，也即是朝著結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制的方向發(fā)展[6]，同時在這兩個發(fā)展方向上有很大的進步空間。除此之外，具有非線性、強耦合以及高速、高加速度等特性的機械手臂的研究也是現(xiàn)如今的一個熱點[7]

3.用于柔性生產(chǎn)線上的機械手臂運營的關(guān)鍵點

對于用在柔性生產(chǎn)線上的機械手臂，其關(guān)鍵點在于為完成工作目的所預設(shè)的工作軌跡，這是一個復雜的過程，例如對于在柔性生產(chǎn)線上起到傳送工件或產(chǎn)品抓取及傳送功能的機械手臂[8]，要考慮帶的傳送速度和誤差以及工作空間的大小，從而設(shè)計機械手臂的運動軌跡，包括機械手的運動方向設(shè)計以及各運動方向的驅(qū)動設(shè)計，有些還需要設(shè)計液壓系統(tǒng)等；然后再通過開發(fā)芯片完成在允許誤差內(nèi)的自動控制，其控制主要通過PLC和單片機實現(xiàn)。對于多功能的機械手設(shè)計，則還要考慮其在工作空間的多自由移動和轉(zhuǎn)動。除此之外，對于柔性生產(chǎn)線的方案設(shè)計和工藝方法，以及批量生產(chǎn)情況下綜合考慮節(jié)省成本和提高效率，生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)設(shè)計等，都是十分關(guān)鍵的。這些都是在設(shè)計用于柔性生產(chǎn)線的多功能機械手臂時所重點考慮和解決的內(nèi)容。

4.可能出現(xiàn)的問題、原因和解決方案

首先由于工作空間的限制，生產(chǎn)線上不能出現(xiàn)體型較大的設(shè)備，因此設(shè)計時要盡可能使其結(jié)構(gòu)簡單，可通過考慮在手臂底座添加套筒的方式，機械手臂穿過套筒，并在手臂下端安裝能動裝置。第二，對于機械手臂的位置確定也是一個首要解決的問題，在機器人程序功能的可視化和模擬的過程中，機械手臂發(fā)生連續(xù)的位置變化，對于這些位置的確定，我們可以添加先進工程程序。第三，對于機械手臂的預設(shè)計運動位置，實際運動位置可能與其不符合，對于這種情況，我們可采取添加驅(qū)動桿件，當預設(shè)位置與實際位置不符合的時候，驅(qū)動桿件作用，使兩者同步。第四，對于柔性生產(chǎn)線來說存在著兩個基本問題，第一個問題是對于大規(guī)模、大量的柔性生產(chǎn)件來說，大量的工業(yè)機器人廣泛用于各式各樣的生產(chǎn)線，那對于生產(chǎn)線上的機械手臂的替換要求停下所有的生產(chǎn)線，這個過程是相當繁瑣和復雜的，且降低了生產(chǎn)效率。為解決此類問題，我們可以采取模塊化的設(shè)計理念，這樣就使得改變?nèi)我庖粋€生產(chǎn)元素成為可能。

結(jié) 論

柔性生產(chǎn)線為當代工業(yè)生產(chǎn)的主流方式，而在柔性生產(chǎn)線上采用多用途的機械手臂又是提高生產(chǎn)效率和降低成本的有效手段；然而，在機械手臂的設(shè)計復雜繁瑣，存在著各式各樣的待解決問題，本文提出的問題和解決方案并不是全部，只是其中的一部分。當然，整個機器人工業(yè)仍存在著很大的發(fā)展空間，也有更加先進和智能的方案等待著我們開發(fā)設(shè)計，同時，也有很多更加困難的難題等待著我們?nèi)ソ鉀Q。

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作者簡介：羅杰（1994），男，漢族，四川自貢，碩士研究生，重慶交通大學經(jīng)濟與管理學院，研究方向：物流管理。