助力機械手

助力機械手，又稱機械手、平衡吊、平衡助力器、手動移載機（以上說法並不專業但國內已經流行），是一種新穎的、用於物料搬運及安裝時省力操作的助力設備。它巧妙地套用力的平衡原理，使操作者對重物進行相應的推拉，就可在空間內平衡移動定位。重物在提升或下降時形成浮動狀態，靠氣路保證零操作力（實際情況因為加工工藝及設計成本控制，操作力以小於3kg為判斷標準）操作力受工件重量影響。無需熟練的點動操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正確地放到空間中的任何位置。

基本介紹

• 中文名：助力機械手
• 外文名：Booster manipulator
• 別名：機械手、平衡吊、平衡助力器
• 套用：用於物料搬運
• 釋義：操作力受工件重量影響
• 懸浮模式：直接操作工件，工件零重力
• 位置模式：直接將工件提升到指定高度
• 手柄模式：通過手柄直接操作，省時省力

簡介

套用

由於具有無重力化、精確直觀、操作便捷、安全高效等特點，“平衡吊”廣泛套用於現代工業中的物料移載、高頻率搬運、精確定位、部件裝配等場合。

從接受原材料和物料開始，一直到加工、生產、保管及配送等物料流動過程中的每一個環節，平衡吊手動移載系統所發揮的作用是令人矚目的。

正確使用相應的物料移載方法和手段，對於各行業中，重物的移載、搬運現場的操作人員的健康、安全，進而其作業的合理性、勞動力的節省、生產效率的提高、產品品質的保障等多方面都有極大改善。

系統組成

一套完整的助力機械手裝備主要由三部分組成：平衡吊主機、抓取夾具（或機械手）及安裝結構。

機械手主機是實現物料（或工件）在空中無重力化浮動狀態的主體裝置。

機械手則是實現工件抓取，並完成用戶相應搬運和裝配要求的裝置。

安裝結構則是根據用戶服務區域及現場狀況要求以支撐整套設備的機構。

產品系列

為實現物料移載的省力操作，國內機械手的專業廠商已推出豐富的平衡吊機型，滿足不同行業中不同物料不同工藝要求的搬運需要。

按工作原理不一樣，有臂桿式和軟索式。其中臂桿式平衡吊又因工作曲線差異，有PBF、PBC等；軟索式則因主體執行元件不同，分捲筒式（IRB）和直線氣缸式（PBB）、鋼絲繩式和鏈條式等。根據動力源不同，有氣動式和電動式（EBC）等。

另外，按系統所採用基座不同，有落地固定式、落地移動式、懸掛固定式、懸掛移動式、附牆式等。

助力機械手

系統特點

硬臂式助力機械手系統組成主要包括四部分：

1）軌道行走系 統；

2）機械手主機；

3）夾具部分；

4）執行部分；

5）氣路控制系統。

助力機械手

軌道系統

本方案採用雙排C型鋁合金軌道與移動平台小車配合，平台小車下法蘭連線硬臂式機械手。使整個設備在軌道行程內平穩行走。C型軌道採用進口材料，強度、精度高。

非金屬滾輪採用高強度耐磨尼龍材料加工而成，使用壽命長。

主機

a） 可實現不同重量物料的重力平衡狀態，適用於物料的精確移載操作。

b） 空載、滿載及處理不同工件時，系統可感知其重量變化，並實現載荷在三維空間中的浮動狀態，便於精確定位。

c） 全程平衡、運動順滑等特點，使得操作者可以很便捷地實現工件的搬運、定位、裝配等操作。

d） 剛性手臂可使機械手帶工件越過障礙；水平臂可滿足物料在相關場所進行橫向放入、橫向取出等動作要求。

e） 系統可始終保持機械手頭部的水平，發揮高作業性。

f） 關節剎車裝置，具有多個迴轉關節，以實現廣域範圍內的物料取置；配備有剎車裝置，操作者可在操作過程中隨時中斷機械手的運動。

氣動夾具

主機控制與夾具（機械手）集成為一體，方便操作者雙手控制工件。主機操作按鈕都集成於夾具控制臺上，控制部分及指示燈、指示器等按人體工學原理布置，便於操作及緊急情況的處理。

執行

執行部分是機械手上承擔抓（或吸）取物件的機構，由手指、傳力（或增力）機構和動力裝置等組成。

手指是手部中直接承擔抓（或吸）取物件的元件。

1、手指的抓取機能
助力機械手的手指的抓取機能是由被抓取物件和手指決定的。被抓取物件的大小、形狀、重量、材質和受外力的約束程度及運動（抓取運動的物件）情況，決定了手指是的大小、形狀、個數、種類配置和動作，而這些又決定了手指的抓取機能（即該手指能抓取的極限尺寸；手指對物件的約束和握緊程度；抓取精度-定位精度等）。

2、手指的種類

機械手的手指有機械式和吸盤式兩種形式。人手抓取物件時，手指常與手掌相對握緊。機械式手指沒有手掌，全靠手指握緊物件；而吸盤式手指則剛好相當於只有手掌吸附物件。機械式手指的套用比較廣泛。

機械式手指常按指根的動作及手指的數目或手指的形狀進行分類。

（1）按指根的動作不同分類

迴轉型手指：手指的張開與閉合是靠指根的迴轉動作完成的。無關節手指的本體是一個直構件；固定關節指的本體是一個彎構件，即在指的中間處形成一個“V”形關節角；而自由關節指的本體在中間分開，指根與指尖是由鉸鏈連線的。

直進型手指：手指的張開與閉合是靠手指的直接動作完成的。這種手指也可分為無關節指和自由關節指。有時還把無關節指、固定關節指、自由關節指相互組合而成為混合手指。

（2）按手指抓取部分的形狀分類

有圓弧形的、鋸齒形的、鉤形的和平板形的等等。

3、典型表面與手指的接觸狀態

雖然被抓取物件的形狀和尺寸是多種多樣的，但是從抓取的角度來看，可將被抓取部位的形狀分成圓柱形、正方柱形、板形、球形和圓錐形等5種典型表面。各種手指在抓取這5種典型表面時的接觸狀態是各不相同的，根據這時的接觸狀態，即可對不同形狀和數量的手指及其抓取機能進行分析和比較，以便從中選出合理的指形和手指個數。

手指抓取機能與手指、被抓取物件的關係

控制系統

a） 設定有元件保護盒，以保護主要精密氣動元器件，避免操作時意外撞擊及灰塵沉積。氣路排布完全按豐田AMS標準執行，方便維修。

b） 系統配備二聯件、單向閥和儲氣罐，為系統提供持續穩定的壓縮空氣，當主供氣源意外斷氣時，可提供一定時間的安全保障，並使系統有足夠的動力完成本次操作或將工件卸載。

助力機械手

系統安全

a） 配備有負載顯示器，指示負載狀態，告知操作者：此時物料是否可被提起或被卸載。當系統處於負載狀態時，顯示器呈紅色。

b） 配備有負載壓力表，指示壓縮空氣工作狀況。

c） 配備有安全誤操作保護裝置，防止誤動作對人身或設備造成傷害；在操作者未對安裝狀況進行確認前，即工件未安裝到位前，如果工人誤操作鬆開按鈕，工件不能被卸載（限於動力夾具）。

d） 系統配備了失氣保護裝置，當主供氣源意外斷氣時，主機臂桿不能動作，機械手停止作業，避免意外的傷害。

e） 設備配套安全控制系統，在操作時，系統不會因為誤動作，而突然改變負載或空載壓力，因此機械手不會因此快速上升或下降而對人身、設備和產品造成傷害。

發展趨勢

世界高端工業機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，將機械手、柔性製造系統和柔性製造單元相結合，從而根本改變機械製造系統的人工操作狀態。隨著機械手的小型化和微型化，其套用領域將會突破傳統的機槭領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業發展。