摘要：针对搬运机械手的局限性和用机械手代替人力劳动, 提高生产效率的问题设计了包装生产线搬运机械手, 介绍了其工作原理, 组成部分, 设计参数, 设计特点, 工作流程和对机械手尺寸设计校核, 阐述了搬运机械手技术的发展方向。
关键词：机械手; 生产效率; 发展方向;
机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备, 是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置, 在现代化生产过程中, 机械手被广泛的运用于自动化生产线中, 机器人的研制和生产已成为高技术领域内, 迅速发展起来的一门新兴技术, 它更加促进了机械手的发展, 使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器, 它有多个自由度, 可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
1 包装生产线搬运机械手设计
工业机械手可以用于简单重复的操作方面节省人力, 其效用是代替从事繁重的工作, 危险的工作, 单调重复的工作和恶劣环境下的工作等方面尤其明显。通过编程来完成各种预期的作业任务, 机械手虽然目前还不如人手那样灵活, 但它具有能不知疲劳不断重复和劳动, 精确度高、不惧危险, 抓举重物的力量比人手大等特点, 因此机械手越来越广泛的得到了应用。目前国内外应用于生产实际的工业机器人特别是示教再现性机器人不断增多, 而且计算机控制的也有所应用。
1.1 搬运机械手工作原理
本次设计鉴于生产线搬运托盘抓手的局限性 (对小于等于一定尺寸的箱子适用) , 搬运的箱子的尺寸大于给定的尺寸, 无法对其搬运。主要是对托盘上的一些挡板设计的不合理 (不可调节尺寸大小) , 所以要对其加以分析, 设计, 使其应用范围更广。
该机械手主要是对物料进行抓取, 采用气压传动方式驱动, 气缸最大压力为0.4MPa。机械手的抓取部分为插齿式, 采用2个两个不同的气缸与之相互动作, 实现物料的抓取。机械手工作时, 其中气缸推动活塞杆运动, 根据物料的大小对物料进行固定。当机械手到达所指定位置后, 控制插齿的气缸运动, 活塞杆收回, 物料落下, 再次返回取料位置, 在返回途中气缸运动, 使其回到初始状态。
1.2 搬运机械手组成部分
包装生产线搬运机械手机械部件主要包括手部, 手臂前后伸缩部分, 夹板上下升降夹紧结构, 转接部分以及支撑架。
手部工作原理:物体进入机械手指之后, 通过上下气缸作用, 使夹板加紧物件, 机身转动到指定位置, 前后向气缸使机械手的手部向后缩, 实现物件的移动。
手臂的前后伸缩部分:由直线气缸带动实现, 当直线气缸工作时通过活塞杆行程的变化, 顺着前后导程方向, 完成手臂的伸缩运动。
机械手的夹紧结构工作原理:当物体进入机械手的手部时, 上下气缸的开始工作并通过活塞杆行程的变化, 沿着上下导程方向, 使夹板向下夹紧物体, 物体被固定后通过机械手的机身的旋转, 使物件放于指定位置。
1.3 搬运机械手的工作流程:
机械手的原位→机械手前伸→物体放于机械手上→机械手向下伸缩压紧物体, 使其固定→机械手机身向左回转90°→机械手松开工件→机械手向上运动松开物体, 使其松动→机械手向后缩, 放下物体→机械手机身向右回转90°→机械手前伸→机械手复位→依次循环。
2 机械手的设计参数
机械手的设计参数包括:机械手的最大抓重、运动速度、手臂伸缩行程、工作半径和定位精度。
首先, 机械手的最大抓重是其规格的主参数, 目前机械手最大抓重以10公斤左右的为数最多。
其次, 运动速度是机械手主要的基本参数。操作节拍对机械手速度提出了要求, 设计速度过低限制了它的使用范围。而影响机械手动作快慢的主要因素是上下导程及前后导程的速度。机械手动作时有启动、停止过程的加、减速度存在。
再次, 除了运动速度以外, 手臂设计的基本参数还有伸缩行程和工作半径。大部分机械手设计成相当于人工坐着或站着且略有走动操作的空间。过大的伸缩行程和工作半径, 必然带来偏重力矩增大而刚性降低。在这种情况下宜采用自动传送装置为好。
最后, 定位精度也是基本参数之一。该机械手的定位精度为土0.5~±lmm。
3 设计特点
包装生产线搬运机械手与传统搬运机械手不同特点:
(1) 本设计包装生产线搬运机械手可抓取10kg-15kg的物体, 可以解决一般物体的抓取, 提高搬运时工作效率, 并且有较高的重复定位精度。
(2) 包装生产线搬运机械手挡板和夹板都由气压缸控制, 可随搬运时箱子的大小来设定挡板和夹板的位置, 从而避免搬运时箱子的尺寸大于给定的尺寸, 无法对其搬运。
(3) 包装生产线搬运机械手搬运物体稳定性好, 夹紧效果好。
4 结束语
(1) 鉴于生产线搬运托盘抓手的局限性, 搬运的箱子的尺寸大于给定的尺寸, 无法对其搬运。对托盘上的挡板设计的不合理 (不可调节尺寸大小) , 对其加以分析, 设计, 使其应用范围更广。
(2) 包装生产线搬运机械手具有能不断重复和劳动, 不知疲劳, 精确度高、不惧危险, 抓举重物的力量比人手大的特点, 可以代替从事繁重的工作, 危险的工作, 单调重复的工作, 使生产效率大幅度提高。
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