【摘 要】在現(xiàn)代工業(yè)中連續(xù)性生產(chǎn)中大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等工序。其工作方式具有固定、單一和重復(fù)的特點(diǎn)，工業(yè)機(jī)械手是在實(shí)現(xiàn)上述工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械手模仿人體胳膊及手臂部分功能，經(jīng)過(guò)控制使其按照設(shè)定的要求輸送產(chǎn)品，操持各類工具進(jìn)行生產(chǎn)操作，本文介紹了一種氣動(dòng)機(jī)械手、機(jī)械手群的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手 氣動(dòng) 工業(yè)生產(chǎn)

一、引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643–90對(duì)機(jī)械手的定義：具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體，或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展中占有重要的地位，機(jī)械手加速了企業(yè)生產(chǎn)方式的變革，機(jī)械手是在工業(yè)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)需求產(chǎn)生的一種裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線。當(dāng)前機(jī)械手雖然還不如人手那樣靈活，但其具有不知疲勞，不怕危險(xiǎn)重復(fù)工作的能力，機(jī)械手得以應(yīng)用越來(lái)越廣泛。機(jī)械手早期應(yīng)用于汽車制造工業(yè)中，用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)等工序，可替代人在危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等環(huán)境中完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)械手同數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)車輛，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System ）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System ），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。在工業(yè)上機(jī)械手分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手，專用機(jī)械手是整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，工作對(duì)象固定，具有固定程序，適用于大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的如自動(dòng)換刀機(jī)械手，料機(jī)械手，裝配機(jī)械手和焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手自己具備控制系統(tǒng)、可編程序、動(dòng)作較為靈活的特點(diǎn)，適用于多樣性和中小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，具有工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。

二、氣動(dòng)機(jī)械手概述

（一）氣動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介

氣動(dòng)傳動(dòng)與控制技術(shù)被形象的稱為工業(yè)自動(dòng)化之肌肉，在加工制造業(yè)領(lǐng)域獲得重視。近幾十年來(lái)隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)也得以大力發(fā)展。氣動(dòng)技術(shù)（Pneumatics）是以壓縮空氣來(lái)傳動(dòng)和控制機(jī)械的一門專業(yè)技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)具有能耗小、無(wú)污染、效率高、成本低、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，防火、防爆、抗電磁干擾、抗幅射等優(yōu)點(diǎn)。氣動(dòng)技術(shù)向精確、高速、小型、復(fù)合和集成的方向發(fā)展[1]。

（二）氣動(dòng)機(jī)械手概述

在工業(yè)機(jī)械手使用中最多的驅(qū)動(dòng)方式是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)常用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)以和交流伺服電機(jī)，由于電機(jī)速度高，采用減速機(jī)構(gòu)包括諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的特點(diǎn)是控制精度高，驅(qū)動(dòng)力大，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，采用靈活控制方式。電動(dòng)機(jī)械手成本高，限制了使用范圍，氣動(dòng)機(jī)械手成本性能比低，在滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時(shí)也越來(lái)越多的受到重視。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要實(shí)用技術(shù)。氣動(dòng)機(jī)械手與其它控制方式的機(jī)械手相比，具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

氣動(dòng)機(jī)械手在機(jī)械手基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，氣動(dòng)機(jī)械手由感知部分、控制部分、主機(jī)部分和執(zhí)行部分等方面組成。采集感知信號(hào)及控制信號(hào)由智能閥島來(lái)完成，氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī)、步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng)，氣缸、擺動(dòng)馬達(dá)完成原來(lái)由液壓缸或機(jī)械所作的執(zhí)行動(dòng)作，主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。根據(jù)需求情況，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像積木一樣隨意的組合，代表氣動(dòng)機(jī)械手今后的發(fā)展方向，氣動(dòng)機(jī)械手代替一些功能不理想的工業(yè)機(jī)械手的地位[2]。

（三）某型機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

機(jī)械手按手臂坐標(biāo)類型來(lái)分主要有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)坐標(biāo)式、SCARA型。

當(dāng)系統(tǒng)工作開(kāi)始時(shí)，產(chǎn)品在工作臺(tái)A時(shí)，機(jī)械手1工作，完成基本操作后，把物品放在工作臺(tái)B上，機(jī)械手2便啟動(dòng)工作，完成一個(gè)循環(huán)后，把物品放在工作臺(tái)C上，機(jī)械手3啟動(dòng)工作，這樣3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作。當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止，然后機(jī)械手2、機(jī)械手3也順序依次停止工作。當(dāng)系統(tǒng)工作開(kāi)始時(shí)，機(jī)械手1首先工作，完成基本操作后，機(jī)械手2便啟動(dòng)工作，同樣完成一個(gè)循環(huán)后，機(jī)械手3啟動(dòng)工作，這樣3個(gè)機(jī)械手不斷的循環(huán)工作。當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手1首先完成一個(gè)循環(huán)后停止，然后機(jī)械手2、機(jī)械手3也順序依次停止工作。每個(gè)機(jī)械手的完成基本操作，當(dāng)工作臺(tái)上有產(chǎn)品時(shí)，機(jī)械手下降，機(jī)械手在最低位抓緊物品，機(jī)械手夾緊物品上升，機(jī)械手夾緊物品右旋180度，夾緊物品下降，在最低位時(shí)松開(kāi)物品，機(jī)械手上升，機(jī)械手左旋一百八十度，回到原位。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群的自動(dòng)控制，本系統(tǒng)采用PLC做控制器。本系統(tǒng)的輸入開(kāi)關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接PLC，PLC通過(guò)中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。系統(tǒng)框圖如圖4所示[3]。

（三）機(jī)械手群電氣控制原理

機(jī)械手1下降電磁閥連接KA1，機(jī)械手1夾放電磁閥連接KA2，機(jī)械手1上升電磁閥連接KA3，機(jī)械手1左旋電磁閥連接KA4，機(jī)械手1右旋電磁閥連接KA5，機(jī)械手2下降電磁閥連接KA 6，機(jī)械手2夾放電磁閥連接KA7，機(jī)械手2上升電磁閥連接KA8，機(jī)械手2左旋電磁閥連接KA9，機(jī)械手2右旋電磁閥連接KA10，機(jī)械手3下降電磁閥連接KA 11；機(jī)械手3夾放電磁閥連接KA12，機(jī)械手3上升電磁閥連接KA13，機(jī)械手3左旋電磁閥連接KA14，機(jī)械手3右旋電磁閥連接KA15。電氣連接圖如圖5所示。

三、小結(jié)

當(dāng)前各國(guó)對(duì)機(jī)械手開(kāi)發(fā)應(yīng)用不斷發(fā)展，它減輕了人繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件和安全生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了廢品率，從而大大降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)構(gòu)模塊化，控制智能化，感覺(jué)功能變強(qiáng)，系統(tǒng)應(yīng)用與集成化，微型化氣動(dòng)機(jī)械手是當(dāng)前發(fā)展的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（氣壓傳動(dòng)） [M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：89-118

[2] 吳愛(ài)萍.PLC控制的設(shè)計(jì)技巧[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2003（2）：61-62.

[3] 王雄耀.近代氣動(dòng)機(jī)器人（氣動(dòng)機(jī)械手）的發(fā)展及應(yīng)用[J].液壓氣動(dòng)與密封，1999，（5）：13-16

作者簡(jiǎn)介：

朱治國(guó)（1981.5-），男，山西長(zhǎng)治，工程師，大學(xué)本科，專業(yè)方向：機(jī)電控制。