浅析工业机械手应用

[摘 要]机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力，机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。市场上，为满足实际生产生活的需要，它有许多种品种，由于它性能好，可以提高产品质量、效率，积极改善劳动环境，在实际应用中正发挥着巨大的作用。本文就从工业机械手的构造谈起，简述了工业机械手的应用，旨在促进工业机械化的发展。

[关键词]工业机械手；应用；构造；分类

中图分类号：TP241.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

机械手首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手，它的结构是：机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。随着计算机和自动控制技术的迅速发展，农业机械将进入高度自动化和智能化时期，机械手机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，解决劳动力不足等问题构成。由于制造企业技术的不断进步，对工业机器人的需求越来越大，因而工业机器人技术在制造业应用范围也越来越广，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，正在向着成套技术和装备的方向发展。在科学技术高速发展的今天，凭借单一的人工化生产是无法达到工业化的大量要求，因此我们需要引进机械手，来达到自动化生产，以提高生产效益。

一、工业机械手的构造和分类

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂，一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作，同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。由于工业机械手重在应用，就单从适用范围简要说明了机械手的用途，机械手按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种：一是专用机械手，它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手和加工中心。二是通用机械手，它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种：简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制，伺服型可以是点位的，也可以实现连续控制，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。

二、工业机械手的应用

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手在工业制造领域的应用主要让机器人在机械制造业中代替人完成大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、舰船制造及某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）的制造等。化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装等工作，也有部分是由机器人完成的。

随着工业机械化程度的不断提高，工业机械手已经广泛应用到现代化制造的许多行业，例如，我国的汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电器行业等领域都在使用工业机械手进行加工制造。在工业生产中，弧焊机器人、电焊机器人、装配机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量使用。在制造业中，尤其是在汽车行业，如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测等作业中，机器人已逐步取代人工作业。汽车行业首先是代表高技术的领域，投入也是相当大，也是率先广泛应用工业机器人的领域。目前，国内一些大型制造企业，如比亚迪、富士康等均已将工业机器人应用到生产车间，并大规模投放。像上海、深圳、广东等这些电子和汽车业比较发达的沿海城市更是大规模的把机械手投入生产上的加工。像ABB、KUKA、FANUC机械手、MOTOMAN机械手等，这些机械手被广泛用于电子产品的装配、货物搬运、汽车部件的焊接等方面，从当前工业机器人的应用发展现状和趋势，可以看出整个工业机器人的发展前景是非常好的。

由于工业机械手具有很高的灵活度和耐力度，生产复杂，价位也比较高，因此工业机械手的定位主要是中高端应用。现有的装夹机械手为了达到所要求的通用性，在结构、控制以及最后的制造上往往比较复杂，因此价格也比较昂贵。本文对我国国内已有的专利进行研究，如中国国家知识产权局2008年公布了一项发明专利：自动上下料机械手（公开号：CN101168251），其主要有定位、夹紧和翻转三部分组成，夹紧部件与滑动驱动器相联，滑动驱动器与翻转机构固定连接，翻转机构与定位机构滑块限位连接，定位气缸与导轨分别固定于顶板上；使用横跨结构，位于数控机床的上部；只是在滑块上设有档块来调节定位角度，需配定位置。中国国家知识产权局2008年还公布了一项实用新型专利：全自动送料数控机械手（公开号：CN201079955），其使用送料臂的机构，送料臂的一头安装在箱体，另一头与送料钳通过销钉旋转式相连，送料臂和箱体之间连接有拉力气缸，送料臂上还设有从动压轮和复合凸轮；定位采用信号测试杆、接近开关等；为满足不同产品生产，使用了可调整复合凸轮的外周形状。上面两项专利都是基于数控机床和尽量提高经济适用性而设计的，但也还有一些问题：为提高通用性，虽设有可调机构，但可调范围受局限，比如自动上下料机械手采用横跨结构，机械手的位置相对可调范围比较小；而全自动送料数控机械手则采用可调整复合凸轮，受限也较大；由于结构的限制，机械手的安装位置配合要求较高，且调整较困难；机械手的结构形状相对固定，拆卸较繁琐。由此看来，工业机械手的制造尚处在初级阶段，还有很多方面需要改进，以更好的适应现代机械化的需求。

三、结语

从当前工业机械手在制造业上的应用发展现状可以看出未来工业机械手的应用前景广泛，为此，我国应加大对工业机械手的自主研发力度，加强科技创新，以紧跟时代步伐，使中国的工业机械化走在国际前沿。

参考文献

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