鍛造機械手

鍛造機械手是一種模仿人手部分動作，按照預先設定的程式、軌跡或其他要求，完成上下料、工位間傳遞等功能的自動化裝置。

基本介紹

• 中文名：鍛造機械手
• 外文名：Forging manipulator
• 用途：自動化鍛壓
• 領域：機電一體化

鍛造機械手簡介

鍛造機械手是一種模仿人手動作，按預定程式工作的自動化操作裝置。它可用來完成鍛造生產過程中的輔助工序（如運輸、裝卸、貯存等）並能進行鍛造操作。在生產中使用機械手能夠保證產品質量、提高勞動生產率、使工人擺脫繁重的和重複性的體力勞動，並能在高溫、高壓、低溫和粉塵等特殊環境中代替人進行操作。

利用各種類型的機械手與鍛壓生產設備結合，再配合電子計算機的控制技術，可以組成全自動化的鍛壓生產車間，這就為鍛壓生產現代化開闢了一條嶄新的道路。

鍛造機械手只是工業機械手在鍛造生產上的套用，在設計中除考慮一般機械手的原則之外，還要考慮鍛造生產的特殊要求。

鍛造機械手由執行系統、驅動系統、控制系統三大部分組成。

執行系統一般由手部、腕部、臂部、機身，有的還增設行走機構組成。驅動系統由驅動元件和傳動機構組成。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電子傳動和機械傳動等四種形式。控制系統由控制裝置和檢測裝置組成。一般採用電氣控制，它支配機械手按規定的程式運動，必要時對機械手的動作進行監視。當動作發生錯誤或有故障時，可反饋給控制系統進行調整或發出報警信號。

鍛造機械手的組成

鍛造機械手的結構有複雜的也有簡單的，但從結構形式分析，基本上由執行機構、驅動系統和控制系統等三個部分組成，如下圖所示。

機械手結構示意圖

執行機構

它包括手爪、手腕、手臂、立柱和行走機構等部分。

1、手爪

它是夾持工件的部件，與鍛造操作機夾鉗相似。夾持式手爪的形式與人的手指相仿，有夾緊和鬆開的動作。

2、手腕

它是連線手爪和手臂的部件，起支撐手爪的作用，並用來調整被夾持工件在空間的方位。手腕一般具有俯仰、左右擺動和繞自身軸線旋轉的三個運動，有的機械手沒有手腕。

3、手臂

它是用來支承被夾持工件、手爪和手腕的部件，它可以按一定的軌跡在空間內將工件從某一位置搬到另一位置。一般手臂具有前後伸縮、上下升降、左右迴轉和上下擺動等運動。

4、立柱

它是支撐手臂的部件。機械手的立柱通常是固定不動的，有時因需要，立柱也可以設計為可移動的，稱為移動式立柱。

5、行走機構

當機械手需要完成較遠距離的操作時，可在機座上安裝滾輪、導軌等行走機構來實現整機運動。

驅動系統

驅動系統是使機械手運動的動力裝置，由動力源、調節控制裝置和輔助裝置等組成。

控制系統

控制系統是支配機械手按預定程式、行程和速度進行運動的裝置。可以保存或記憶人們給予機械手的指令信息(如動作順序、到達位置、聯鎖信號等)，機械手工作時，根據指令指揮執行機構的動作，當動作錯誤或發生故障時可發出報警信號。

機械手的自由度

機械手的自由度是指整機、手臂和手腕相對於固定座標所具有的獨立運動。部件每個獨立運動叫做機械手的一個運動自由度，有幾個獨立運動就有幾個運動自由度。通常手爪的夾緊動作不計在自由度數目之中。

機械手的自由度數越多，它的動作越靈活，套用越廣。但同時也使控制系統和執行機構越複雜，定位精度越難保證。通常為了確定被夾持工件在空間的位置和方位需要六個運動自由度，其中手臂的三個自由度是起改變工件位置的作用，手腕的三個自由度則起調整工件方位的作用。實際上，由於有些工件具有對稱性或有一定的放置狀態，往往並不需要機械手具有六個運動自由度。因此，專用機械手通常只有2~3個運動自由度，通用機械手也只有5~6個自由度。

手臂運動的座標形式

為了研究機械手的結構和運動的關係，按照手臂所具有的運動自由度及其組合情況，可以把機械手劃為四種座標形式。

機械手運動的坐標形式

直角座標式

如上圖a所示，以X、Y、Z表示直線運動，則手臂可做前後、左右、升降三個直線移動。這種座標形式的直觀性好，結構簡單，但運動中慣性大，所占的空間也較大，通常多安裝在架空的樑上。

圓柱座標式

如上圖b所示，以X、Z表示直線運動，印表示轉動。手臂具有兩個移動和一個轉動。這種座標形式直觀性好、結構簡單，本體所占空間較小，動作範圍大、是套用較多的一種形式。

球座標

如上圖c所示，以X表示直線運動，φ、表示轉動。手臂具有一個移動和兩個轉動。這種形式雖然結構較複雜但運動慣性不大，本體所占的空間較小，動作範圍比圓柱座標式大，通用機械手常採用這種形式。

多關節式

如上圖d所示，以φ、、表示手臂具有三個轉動，沒有直線移動。這種座標形式運動慣性小，本體所占的空間較小，動作範圍大，並可以繞過障礙物抓取工件，但結構較複雜、位置精度較難控制。

手臂運動少於三個自由度的機械手，可不必劃分其座標形式。