機(jī)械手臂在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用探究

何兆峰

摘要：當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度逐漸加快，工業(yè)制造的需求出現(xiàn)了大幅上升的趨勢(shì)，傳統(tǒng)人力生產(chǎn)已經(jīng)無(wú)法跟上基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，容易導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降。因此，需要采用機(jī)械工程技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)革新，使其能夠得到良好的優(yōu)化與改進(jìn)，達(dá)到增強(qiáng)生產(chǎn)效率的目標(biāo)。機(jī)械手臂屬于應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，其能夠達(dá)到良好的制造精密效果，具有可靠的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手臂;機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域;應(yīng)用

引言

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，機(jī)械制造所體現(xiàn)出的價(jià)值越來(lái)越重要。將計(jì)算機(jī)技術(shù)以及新型通信技術(shù)作為基礎(chǔ)，機(jī)械制造工作的自動(dòng)化與智能化趨勢(shì)愈加顯著，對(duì)傳統(tǒng)上的機(jī)械制造設(shè)備實(shí)施自動(dòng)化改造，能夠進(jìn)一步促使其工作效率和工作質(zhì)量得到提升，同時(shí)更加有利于推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。但是根據(jù)目前的情況來(lái)看，我國(guó)機(jī)械制造自動(dòng)化方面的相關(guān)技術(shù)尚不成熟，在能耗消耗控制上的難度較高，所以如何在機(jī)械制造自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂運(yùn)用已經(jīng)成為相關(guān)工作人員開(kāi)展研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。

一、國(guó)內(nèi)機(jī)械手臂發(fā)展概況

在國(guó)內(nèi)對(duì)兩條機(jī)械臂機(jī)器人的科研只有十幾年的時(shí)間，尚處于模仿和學(xué)習(xí)階段。也可以這樣說(shuō)，我國(guó)對(duì)于兩條機(jī)械臂機(jī)器人的研究才剛開(kāi)始接觸。由于受到相關(guān)資料和科研要求的限制，當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)兩條機(jī)械臂機(jī)器人的科研大多就相關(guān)行動(dòng)路線規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)及調(diào)控這些內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，幾年前我國(guó)雙機(jī)械臂機(jī)器人行業(yè)生產(chǎn)情況并不樂(lè)觀，2014年僅僅只有8臺(tái)，2015年訂單變?yōu)?0臺(tái)，之后便是以翻倍的速度上漲，2016年為122臺(tái)，2017年更是達(dá)到了220臺(tái)。雖然我國(guó)有著廣大市場(chǎng)，但是綜合分析，由于我國(guó)在雙機(jī)械臂機(jī)器人領(lǐng)域或者說(shuō)在工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，行業(yè)資源，核心技術(shù)都比較欠缺，應(yīng)用不是很廣泛。

二、機(jī)械制造與自動(dòng)化研發(fā)的發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)的產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)之中，機(jī)械制造業(yè)一直都占據(jù)著主要的地位，至今為止仍然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱之一。隨著是時(shí)代的發(fā)展和科技水平的不斷提升，機(jī)械制造業(yè)正不斷向自動(dòng)化的方向進(jìn)行發(fā)展。將自動(dòng)化應(yīng)用于機(jī)械制造當(dāng)中，不僅能夠促使機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率得到提升，還能夠帶動(dòng)制造業(yè)的整體水平得到提高。但是根據(jù)目前的情況來(lái)看，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)并未完全實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，其發(fā)展模式仍然處于較為陳舊的階段，存在顯著的高耗能、低產(chǎn)出的特點(diǎn)。但是從能源資源方面來(lái)看，我國(guó)存在嚴(yán)重的短缺情況，在整個(gè)社會(huì)積極倡導(dǎo)節(jié)能減排的背景下，機(jī)械制造行業(yè)必須積極對(duì)當(dāng)前的發(fā)展模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在機(jī)械制造與自動(dòng)化研發(fā)當(dāng)中對(duì)技能理念進(jìn)行徹底的貫徹，強(qiáng)化對(duì)于節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械制造和自動(dòng)化的各個(gè)環(huán)節(jié)中對(duì)環(huán)保理念進(jìn)行滲透，為機(jī)械制造以及自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升打下建立基礎(chǔ)，從而促進(jìn)機(jī)械制造和自動(dòng)化的健康、可持續(xù)發(fā)展。

三、機(jī)械手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)

分析工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手臂的發(fā)展歷程可以了解到，以往所用的機(jī)械設(shè)備使用空間會(huì)比較大，這就使得這部分機(jī)械設(shè)施不能投入到一些生產(chǎn)面積較為狹窄的工業(yè)場(chǎng)所內(nèi)，或者將其應(yīng)用到一些小規(guī)模車(chē)間當(dāng)中。但是，隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提升，特殊工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合要盡可能的解放勞動(dòng)力。所以，需要研發(fā)出功能更加靈活且自由度較高、對(duì)于空間使用面積要求比較小的機(jī)械手臂，同時(shí)還需要豐富并調(diào)整機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)及功能。機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)械手臂設(shè)計(jì)核心的內(nèi)容，想讓對(duì)手臂的使用流程及效率進(jìn)行合理化的管控，就需要分析該類(lèi)型手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)，探究這類(lèi)手臂實(shí)際動(dòng)力的傳遞方式以及動(dòng)力源等。一般狀況下，其對(duì)于電路傳動(dòng)依賴(lài)性較高的機(jī)械手臂應(yīng)用范圍及頻率會(huì)更加的廣泛，繩索式以及齒輪式的動(dòng)力傳遞方式應(yīng)用前景較為廣闊。在該階段，齒輪式是電路傳動(dòng)機(jī)械手臂當(dāng)中應(yīng)用價(jià)值較高的一類(lèi)結(jié)構(gòu)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)布局較為緊湊，且靈敏度會(huì)比較高，承載力比較強(qiáng)，能夠發(fā)揮出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是這類(lèi)手臂在使用時(shí)期，通常要進(jìn)行減速。所以，其占據(jù)的空間會(huì)比較大，存在一些質(zhì)量性方面的缺陷性問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)電力電氣技術(shù)的發(fā)展速度會(huì)比較快，這就使得一些機(jī)械手臂特殊關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)當(dāng)中會(huì)增設(shè)相應(yīng)的電機(jī)，這會(huì)讓機(jī)械手臂的運(yùn)行更加的穩(wěn)固，同時(shí)還可以提高該類(lèi)手臂運(yùn)作的精確程度。

四、機(jī)械手臂在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用類(lèi)型

（一）直角坐標(biāo)型機(jī)械手臂

機(jī)械手臂在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用過(guò)程中，直角坐標(biāo)型機(jī)械手屬于較為常見(jiàn)的類(lèi)型之一。這一類(lèi)型的機(jī)械手臂具有良好的精確度，對(duì)位置的掌控也處于較為優(yōu)秀的級(jí)別。其工作空間變動(dòng)不會(huì)影響其他參數(shù)，能夠輕松達(dá)到良好的應(yīng)用與制造效果。但是，直角坐標(biāo)型機(jī)械手臂的位移與操作空間較為狹小，在進(jìn)行收回操作的過(guò)程中，由于本身的結(jié)構(gòu)與條件限制，還需要進(jìn)行反方向伸出的操作。在這一問(wèn)題的影響下，直角坐標(biāo)型機(jī)械手臂的工作效率較低，容易產(chǎn)生不良問(wèn)題。同時(shí)，這一類(lèi)型的機(jī)械手臂對(duì)空間需求較高，容易縮減機(jī)械工程技術(shù)的整體空余狀態(tài)。為了提高直角坐標(biāo)型機(jī)械手臂的應(yīng)用效果，需要在對(duì)應(yīng)的工作類(lèi)型中進(jìn)行處理，并提供基礎(chǔ)空間，避免出現(xiàn)位移問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)最佳應(yīng)用目標(biāo)。

（二）圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手臂

該類(lèi)型機(jī)械手能夠繞著中心軸轉(zhuǎn)一定角度，其工作空間也可以變大，相關(guān)計(jì)算方法較簡(jiǎn)潔;直線移動(dòng)的部位運(yùn)用氣壓傳動(dòng)，這樣可以做到輸出功率更大化，能夠順延到機(jī)體。不過(guò)，它的手部能夠到達(dá)的空間局限性很大，不可以到達(dá)靠近柱子或接近大地區(qū)域;平行移動(dòng)的傳動(dòng)部分的密封、防油等工作比較困難;小臂在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，小臂后端可能接觸工作空間中的其他物件。

（三）極坐標(biāo)型機(jī)械手臂

極坐標(biāo)型機(jī)械手臂主要通過(guò)三個(gè)可活動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行操作，其活動(dòng)關(guān)節(jié)能夠發(fā)揮移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)效果，可以達(dá)到調(diào)整位置的目標(biāo)。同時(shí)，還可以加裝旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，使目標(biāo)位置與姿態(tài)能夠進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有利于機(jī)械手臂的應(yīng)用。極坐標(biāo)型機(jī)械手臂需要圍繞主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，作業(yè)范圍較為寬廣，能夠解決圓柱坐標(biāo)型與直角坐標(biāo)型機(jī)械手臂存在的空間局限問(wèn)題。但是，極坐標(biāo)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，操作難度較大，容易導(dǎo)致不良問(wèn)題的產(chǎn)生。同時(shí)，極坐標(biāo)型機(jī)械手臂的直線運(yùn)動(dòng)流程仍然會(huì)出現(xiàn)密封問(wèn)題，可能會(huì)引起壽命下降的現(xiàn)象產(chǎn)生。部分情況下，還可能存在作業(yè)死角，容易導(dǎo)致生產(chǎn)制造的成本增加。因此，在應(yīng)用極坐標(biāo)型機(jī)械手臂進(jìn)行處理時(shí)，需要注意其限制條件，并采取有效的措施進(jìn)行解決，以達(dá)到理想的應(yīng)用目標(biāo)。

（四）多關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂

該類(lèi)型機(jī)械手臂是一種比較適合接近目標(biāo)操作的傳動(dòng)方式。它像人的手臂一樣有多個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)，可以達(dá)到幾個(gè)自由度共同作業(yè)的目的，行動(dòng)起來(lái)十分的靈便。該種形式機(jī)械手有大臂和小臂的運(yùn)動(dòng)，以及肘部位和肩部位等各個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)。可以做數(shù)個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，作業(yè)空間很大，行動(dòng)靈便，通用性很好，但是定位的精度不太好，調(diào)控裝備十分繁瑣。該種形式機(jī)械手擁有上肢的部分結(jié)構(gòu)，有類(lèi)似于人工操作的性能。

五、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)政策對(duì)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行了一定的扶持，使得智能機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人取得了一定的成就，同時(shí)還對(duì)國(guó)外機(jī)器人的根本任務(wù)進(jìn)行了追蹤，使得其生產(chǎn)出了多類(lèi)機(jī)器人。讓機(jī)械手在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用變得更加的完美，不斷的努力并創(chuàng)新，使得設(shè)計(jì)理論可以更好地投入到實(shí)際產(chǎn)品制備及研發(fā)當(dāng)中，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]王柏衡，趙瀟洋.深度學(xué)習(xí)技術(shù)在EMG機(jī)械手臂的手勢(shì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2020（8）：2.

[2]張宇，劉一婧，吳惠娟.人工智能技術(shù)在機(jī)械電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用探究[J].中國(guó)新通信，2020，22（15）：1.

[3]白利英[1].節(jié)能控制技術(shù)在機(jī)械電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用探究[J].市場(chǎng)調(diào)查信息：綜合版，2019（3）：1.