物料搬運機械手研制探討

摘要：隨著近年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，全球化的趨勢越來越高。對企業(yè)的生產(chǎn)效率要求越來越高。而在制造加工企業(yè)中，物料的搬運與管理是企業(yè)生產(chǎn)中的關鍵一環(huán)。采用機械手進行物料搬運可以大大提高企業(yè)的搬運效率，幫助相關企業(yè)在日常的生產(chǎn)管理中提高自動化程度。機械手一般由三個部分組成，分別是執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)、控制系統(tǒng)。文章試分析機械手在物料搬運中發(fā)揮的作用，探討物料搬運機械手的研制。

關鍵詞：機械手；物料搬運；自動化

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0024-02

在當前的物料搬運設備中，可分為對大型物件和對小型物件。這兩者的搬運設備選擇主要針對搬運設備能提起的重量。對于小型物件而言，又可分為不易損壞和易損壞兩個類型。在之前的生產(chǎn)搬運過程中，傳統(tǒng)的搬運設備往往不能滿足易損壞物品的要求。因為易損壞的物品對搬運設備的力度、精度、軌跡有著嚴格的控制，所以企業(yè)往往采用人工搬運的方式。人工搬運雖然可以滿足易損壞物件的安全，但是這種搬運方式往往效率低，費用高。這阻礙企業(yè)實現(xiàn)自動化和提高自身競爭力。但隨著20世紀50年代一種類似于人手的機械手的興起，給這種易損壞物品在搬運方式上帶來全新的改變。機械手的靈活多變，精確度高深受企業(yè)的喜愛。機械手現(xiàn)在應用領域正在不斷擴大，在海洋開發(fā)和宇宙探測有著十分出彩的變現(xiàn)。應該說，機械手正改變著傳統(tǒng)的搬運方式。

1機械手的研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外針對機械手的發(fā)展定義三代機械手。通過輸入相關程序，定義機械手的動作，近而使機械手重復進行作業(yè)的機械手稱為第一代機械手。在機械手的搬運路徑過程中，安放不同的傳感器，利用傳感器傳遞的信息控制機械手稱為第二代機械手。第三代機械手就是“智能機器人”，盡管盡管歐美和日本等許多國家都投入了大量人力物力，但仍處于發(fā)展階段。

1.1國外研究現(xiàn)狀

國外的機械手在物料搬運的應用上發(fā)展的比較快。目前已經(jīng)開發(fā)出具有多個自由度且精度高的機械手。除了在物料搬運方面，國外的機械手也應用于點焊、噴漆等方面。目前在物料搬運方面，主要是研究更加智能的機械手，使之具有感應物件材料的能力，并能通過查找信息庫，自動設定相應的夾持方式和搬運參數(shù)，實現(xiàn)搬運的高度自動化。目前國外的機械手已經(jīng)向電子信息、航天航空、生物技術、深海探測等方面發(fā)展。除了在自由度方面的突破，現(xiàn)在的機械手的定位精度已經(jīng)可滿足微米甚至是亞微米級的要求。

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)機械手目前的發(fā)展還比較滯后。在物料搬運領域中，主要還是依賴于國外的進口。特別是在要求定位精度高的搬運機械手。目前國內(nèi)的機械手主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面。在實際的生產(chǎn)過程中，國內(nèi)機械手的驅(qū)動方式、定位精度大部分無法滿足易脆易損壞物品的需要。

2物料搬運機械手

本物料搬運機械手將適用于所設想的物料搬運與管理系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，由于所設計的搬運系統(tǒng)精度高、自動化高，主要針對昂貴的易損、易摔的物品，如花瓶古董、工藝品。該系統(tǒng)主要將之前的研究成果與物料管理系統(tǒng)有機結(jié)合，使企業(yè)在物料管理上自動化程度大大提高，對提高搬運效率和降低出錯率，減少工作人員勞動強度，提高搬運調(diào)度管理水平具有重要作用。對類似于物料搬運與管理系統(tǒng)的開發(fā)具有重要借鑒作用。

這個系統(tǒng)包括物料搬運和物料管理兩個方面。其中機械手裝置是整個系統(tǒng)的核心。其工作流程如下，首先通過檢測物料獲得相應的物料信息，通過物料信息確定物料是否需要進行再包裝。在通過查找物料搬運信息庫，確定物料的搬運方式，近而設定機械手的工作參數(shù)。

針對于設計的物料搬運機械手不僅要滿足機械手搬運物件的基本要求，更是要與存放物料的倉庫管理方式相適應。物料搬運機械手能實現(xiàn)的功能應有：①在本系統(tǒng)中給機械手提供四個自由度的選擇，可根據(jù)實際物料情況選擇自由度；②利用傳感器掃描物料，獲得物料的基本特征（形狀、尺寸、重量、材料等）；③提供物料是否在加工包裝確定；④提供物料信息庫查詢和搬運物料方式信息庫查詢；⑤提供二維碼生成服務，即給掃描后的物料根據(jù)其特征由物料搬運方式信息庫生成相應信息的二維碼；⑥提供機械手執(zhí)行機構(gòu)抓取物件的選擇（夾持型、托持型、吸附型）；⑦提供機械手驅(qū)動方式的選擇（根據(jù)精度和重量選擇液壓、氣壓、電氣、機械驅(qū)動）；⑧提供機械手控制方式工作順序和運動速度的選擇；⑨提供機械手控制方式選擇（點位控制和連續(xù)軌跡控制）。

物料搬運機械手各部分的說明如下。

2.1執(zhí)行部分

執(zhí)行部分主要由手部、手臂、軀干組成。其中在手部中，手指的關節(jié)由電機帶動軸轉(zhuǎn)動。在手指處裝有傳感器，當檢測到三個手指都已經(jīng)夾持住物件，電機停止轉(zhuǎn)動。執(zhí)行部分能實現(xiàn)的動作應包括水平伸出、夾持物件、豎直上升、豎直下降、順向轉(zhuǎn)動、逆向轉(zhuǎn)動、松開物件等動作。

2.2驅(qū)動部分

機械手常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。在選擇的過程中，更根據(jù)物件的特點選擇相應的驅(qū)動方式。重量大、抓取速度快的東西采用液壓、體積大、堅固的東西采用氣壓、精度高的東西選擇電氣驅(qū)動、動作要求可靠，成本低的東西選用機械驅(qū)動。

2.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是物料搬運機械手的核心部分。本系統(tǒng)主要可根據(jù)機械手本身的裝置（傳感器、光電增碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、伺服電機）選擇機械手的工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度、點位或連續(xù)控制。其中運動速度和定位精度是搬運過程中的重要參數(shù)。運動速度過低，無法保證機械手的運動時間和運動范圍。運動速度過高，無法保證機械手搬運物料的平穩(wěn)性。定位精度過低，無法保證物料搬運位置的準確性。定位精度過高，會使搬運的成本提高，降低企業(yè)的利潤。

3結(jié)語

未來的物料搬運機械手將朝重復高精度、模塊化、無給油化、機電一體化這四個方向發(fā)展。重復高精度主要指的是在搬運過程中機械手的定位精度?，F(xiàn)在的普遍機械手只有實現(xiàn)三四次的可靠定位。如果未來機械手能實現(xiàn)多次可靠的定位精度，將極大地減少設備的維修和物料的二次搬運。模塊化指的是未來機械手的搬運裝置將各部分實現(xiàn)的相近功能為一個模塊。如在設想的機械手物料搬運裝置過程中將分為四個模塊：物料信息采集模塊、物料再處理模塊、物料搬運裝置模塊、搬運裝置自檢測模塊。模塊化可以使得裝置的維修更加方便，更加高效。無給油化是為了適應搬運要求更為嚴格的物料需要而產(chǎn)生的。在日常的搬運過程中，有些物品如藥物、紡織等不能接觸油液。這使得需要油液潤滑的裝置做出進一步的改變。如果未來的物料搬運機械手能實現(xiàn)無給油潤滑，那么將極大地豐富機械手的應用范圍。機電一體化指的是將傳統(tǒng)的搬運裝置與電氣、軟件、電子等高新裝置結(jié)合起來，提高機械手的自動化程度，解放勞動力的重復操作。物料搬運是企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，提高物料搬運的自動化對提高企業(yè)的自身競爭力有重要的影響。在未來，將有更多的物料采用機械手進行搬運。這對于機械行業(yè)是個機遇，也是個挑戰(zhàn)。

參考文獻：

[1] 檀杰.四自由度物料搬運機械手的研制[D].武漢:武漢理工大學，2011.

[2] 孫兵，趙斌，施永輝.物料搬運機械手的研制[J].機電一體化，2005，(2).