機械手設計的論文

摘要：主要從工業機械手的發展現狀、機械手的應用、機械部分的設計對工業機械手設計研究等方面進行闡述。

關鍵詞：工業機械手; 設計; 研究;

工業機械手在工業生產中起到重要作用, 工業機械手在實際工作過程中, 必須提高機械手設計的職能, 根據企業的實際需要進行科學, 合理的進行工業機械手設計, 能爲企業的發展提供服務職能。工業機械手是一種機械技術與電子技術相結合的高技術產品。採用工業機械手是提高產品質量與勞動生產率, 實現生產過程自動化, 改善勞動條件, 減輕勞動強度的一種有效手段。它是一種模仿人體上肢的部分功能, 按照預定要求輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術裝備。

1 工業機械手的發展現狀

1.1 驅動方式發展現狀

現在的工業機械手驅動方式, 大多采用電機驅動。電機驅動的工業機械手, 具有精度高、驅動力大、響應快等優點。同時採用電機驅動, 必須使用減速機構, 因此, 採用電機驅動方式的機械手的成本, 會大大高於其他方式驅動的, 因而限制了電機驅動機械手的應用。隨着氣動技術的高速發展, 又由於氣壓驅動具有其他驅動方式所沒有的一些優點, 如成本低、高性價比、無污染、結構簡單、抗干擾能力強等, 因而越來越多的工業機械手, 採用氣動控制, 因而氣動技術也得到了迅速發展。

1.2 定位精度發展現狀

在氣動技術發展初期, 由於技術的不成熟, 利用氣壓驅動的工業機械手的定位精度很低, 更無法實現在任意位置的起停, 只能靠氣缸兩個終點位置來實現定位, 或者採用多位氣缸, 而多位氣缸的定位長度, 也已經由氣缸的行程確定, 同樣無法實現機械手在任意位置的起停。如果要多加一個定位位置, 或者是要改變預先確定的兩個定位位置之間的距離, 則需要另外再設計一個多位氣缸, 這樣就會導致氣缸的滑塊導向機構更加複雜。所以, 早期的氣動工業機械手不能實現任意位置的定位, 因此限制氣動工業機械手的發展。

2 機械手的應用

2.1 合單機實現自動化

生產上出現的許多高效專用加工設備 (如各種專用機牀等) , 如果工件的裝卸等輔助作業, 繼響人工操作, 不僅會增加工人勞動強度, 同時亦不能充分發揮專用設備的效能, 必然會影響勞動生產率的提高。若採用機械手代替人工上、下料, 則可改變上述不相適應的情況, 實現單機自動化生產, 併爲實現多機牀看管提供了條件, 如:自動機牀及其上下料機械手、衝壓機械手、注塑機及其取料機械手等。

2.2 組成自動生產線

在單機自動化的基礎上, 若採用機械手自動裝卸和輸送工件, 可使一些單機連接成自動生產線。目前在軸類和盤類工件的生產線上, 採用機械手來實現自動化生產尤爲廣泛。如:軸類加工自動生產線及其上下料機械手、盤類加工自動生產線及其機械手、齒輪加工機牀的上下料機械手等。

3 機械部分的設計

3.1 手部

機械手的手部, 是用來抓持工件 (或工具) 的部件。手部抓持工件的迅速、準確和牢靠程度, 都將直接影響到機械手的工作性能, 是機械手的關鍵部件之一。

1) 手部總體確定。手部是承擔抓取刀具的機構, 由手指傳力機構和驅動裝置等組成, 是機械手的重要組成部分之一。根據被抓起部件的材料、形狀、尺寸以及一些特性的不同, 此機械手部分爲手指式。2) 驅動力的計算。手指夾持工件所需要驅動力的大小, 在同一夾緊力的條件下, 隨所採用的傳動結構的不同而異。但其計算方法都是按照具體的傳動機構進行力的分析, 根據力系平衡原理來進行的。

3.2 手腕

機械手的手腕連接於手和手臂之間, 用於調整手的方向。此機械手能旋轉任何角度, 所以手腕能分別獨立的繞X、Y、Z軸向實現轉動, 即實現手×腕的任何角度的'伸縮和轉動。

手腕迴轉的驅動力距M通常計按下式計算:

M摩———手腕支撐處的摩擦阻力矩 (N·m) ;

M偏——工件重心偏置的偏置力矩 (N·m) ;

M慣——手腕運動的慣性力矩 (N·m) 。

3.3 手臂

手臂部是機械手的主要執行部件, 其作用是支承手部, 主要用來改變刀具的位置。手部在空間的活動範圍, 主要取決於臂部的運動形式。手臂部的運動和結構形式, 對機械手的工作性能有着較大的影響。設計時應注意下列幾點:

1) 剛度要好。要合理選擇臂部的截面形狀和輪廓尺寸。實踐證明, 空心杆比實心杆剛度大得多。常用鋼管作臂部和導向杆, 用工字鋼和槽鋼作支承板, 以保證有足夠的剛度。2) 偏重力矩要小。偏重力矩是指臂部的總重力對其支承或迴轉軸所產生的力矩。其對臂部的升降運動和轉動, 均將產生影響, 設計時應使臂部各部分的質量分佈合理, 以減少其偏重力矩。3) 自重要輕, 慣量要小。由於機械手在高速情況下經常起停和換向, 爲了減少在運動狀態變化時所產生的衝擊, 除了必須採取有效的緩衝裝置外, 還要力求結構緊湊, 自重輕, 以減少慣性力。

參考文獻

[1]何蘭.工業機械手研究及應用[J].電子世界, 2013 (23) :141.

[2]劉少麗.淺談工業機械手設計[J].機電工程技術, 2011 (7) :186.

[3]姚二民, 王新傑, 蒿洛山.輕質杆套類物品傳送用工業機械手[J].機械研究與應用, 1996 (2) :35.

[4]轉子加工線應用工業機械手[J].中小型電機技術情報, 1975 (6) :2.

[5]日本對工業機械手的研究應用簡況[J].科技簡報, 1978 (7) :29.