機械手在汽車行業(yè)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

呂曉東

（頤中（濰坊）實業(yè)有限公司，山東 青州 262500）

機械手在汽車行業(yè)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

呂曉東

（頤中（濰坊）實業(yè)有限公司，山東 青州 262500）

機械手可以模擬人手的某些動作，可以在一定的控制程序下完成要求的任務(wù)，它可以代替人完成繁重的或是危害健康的工作，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機械化，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。同時隨著相關(guān)學科進步，機械手向著智能化、通用化方向發(fā)展，必為制造業(yè)等行業(yè)做出更加巨大貢獻，從根本上提升行業(yè)競爭力。

汽車；機械手；傳感器；控制

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化程度不斷提高，在某些環(huán)節(jié)逐步使用自動化、半自動化設(shè)備進行輔助操作，使工人從繁重的勞動中解放出來。其中機械手由于具有操作簡便、高效安全、精確直觀等特點，能很好滿足現(xiàn)代企業(yè)高效率、高質(zhì)量以及高安全性的要求，在自動化程度越來越高的生產(chǎn)線上扮演著不可替代的角色。

1 機械手在汽車行業(yè)的應(yīng)用

1.1 搬運、安裝作業(yè)

在汽車安裝總線上，車身的裝配、焊接、搬運、包裝，檢測等都離不開工業(yè)機械手，工業(yè)機器手已成為汽車生產(chǎn)線上不可缺少的一個環(huán)節(jié)。而安裝作業(yè)中機械手的應(yīng)用更是隨處可見，像輪胎、車門、車燈、座椅等的安裝。舉例來說——輪胎裝配機械手，它是工人裝配輪胎時的輔助裝置，能圓滿地實現(xiàn)特定工位輪胎的搬運安裝作業(yè)，工作平穩(wěn)可靠，能實現(xiàn)機械自鎖，結(jié)構(gòu)剛性好，極大地降低了企業(yè)勞動成本，提高了工作效率和安全性，被廣泛地應(yīng)用于相關(guān)生產(chǎn)線。

1.2 焊接作業(yè)

汽車焊接生產(chǎn)線上汽車零部件、底盤、車身的點焊作業(yè)都是通過由機械手實現(xiàn)的，例如點焊機器手、弧焊機器手等。汽車行業(yè)對焊接的精度要求非常高，像汽車后橋的焊接，它需要連續(xù)焊接，就要求機械手能夠連續(xù)軌跡控制。如果由人工進行焊接，很容易就會出現(xiàn)焊接不一致的情況，而使用焊接機器人則可以避免這一現(xiàn)象。

1.3 噴漆作業(yè)

由于存在危險性等原因，汽車車身的噴涂工作，通常都會由工業(yè)機機械手進行。噴涂機器人可柔性對應(yīng)各種類型工件，可實現(xiàn)內(nèi)外表面噴涂，其噴涂軌跡精確，保證了涂膜的均勻性，提高了涂覆品質(zhì)和同時也提高了材料利用率，適應(yīng)產(chǎn)品廣。

1.4 板材沖壓作業(yè)

當前國內(nèi)的汽車的零件大多是由金屬板材沖壓而成，其生產(chǎn)流程如下：板材原料入位→機械手抓取上料→高溫加熱電爐→高溫板材出爐→機械手抓取上料→沖壓機床沖壓→機械手抓取下料→傳輸線組成。這其中加工難點較多：板材溫度高、板材薄、速度要求高、板材形態(tài)不規(guī)則、尺寸受限等等。而機械手由于采用直線位移采用伺服電機與行星減速機機構(gòu)結(jié)合的動力模式，速度快，加速平穩(wěn)，定位精確，能夠成功解決這一系列問題。

2 機械手的發(fā)展狀況

機械手可以模擬人手的某些動作，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，發(fā)展也十分迅速。第一臺機械手于1958年由美國聯(lián)合控制公司研發(fā)而成，它基于示教型系統(tǒng)，依靠電磁鐵抓取物體。1970年，victor 在斯坦福大學演示的斯坦福機械手技術(shù)先進結(jié)構(gòu)復雜，至今還被使用。70年代以后，機械手這一設(shè)備在其它工業(yè)發(fā)達的國家，比如日本、德國等，開始被廣泛應(yīng)用。而我國工業(yè)機械手開發(fā)與研究開始于70年代，1972年于上海開發(fā)第一臺機械手，隨后全國各省都開始研制應(yīng)用機械手。從1986到1990年開始政府將工業(yè)機器人研發(fā)列入五年計劃，并投入大量人力物力，開發(fā)制造了一系列工業(yè)機器人。

現(xiàn)如今最常使用的硬臂式機械手可以抓取重量在10-300kg、任意外形的物品，其特點如下：平衡工件的重量，讓工件保持無重力化浮動，被用于工件的精確移載。利用氣動平衡的原理，可以自動檢測工件重量變化，不管是空載還是抓取不同質(zhì)量的工件，都能做到懸浮狀態(tài)，可以在三維空間內(nèi)精確定位。剛性手臂帶動工件做升降運動，而橫向臂帶動工件水平運動，又能保持頭部的水平，操作方便。

3 機械手的未來發(fā)展方向

3.1 發(fā)展有“感覺”機械手

機械手是集力學、機械、液壓、控制、傳感和計算機技術(shù)等多個學科的交叉，它的進步發(fā)展依賴于某些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。要發(fā)展有“感覺”的機械手，傳感器的應(yīng)用十分必要，除去傳統(tǒng)的位置、速度等傳感器，未來機械手還需應(yīng)用“視覺”、“觸覺”甚至“味覺”等多種傳感器。這種具有“感覺”的機械手有一定的傳感能力，能夠反饋外界環(huán)境的變化，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。高準確度、高精度讓這類機械手可以廣泛應(yīng)用于復雜、精密的操作，如軍事、工業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)，都有很大發(fā)展前途。

3.2 模塊化、通用化

從機械手本身的特點來說，開源可編程的機械手更適應(yīng)產(chǎn)品換代、設(shè)備升級的要求，但是它的技術(shù)和成本要求較高。像自動涂膠機、輪胎助力機械手專等用機械手雖然價格相對便宜，但適用范圍又受到限制。而一些特殊場合用的機械手，又需要專門設(shè)計、加工，這樣就導致了成本的增加。因此為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域不同的要求，機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的模塊化、通用化迫在眉睫，這也是未來機械手的重要發(fā)展方向。

3.3 PLC控制的應(yīng)用

PLC可編程序控制器，是一個以微處理器為核心、可編程的存儲器。工作時，首先在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序執(zhí)行和算術(shù)運算等指令，然后通過輸入、輸出接口傳達指令，控制機械手運轉(zhuǎn)過程。另外PLC的程序編制，采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，不需要專門的計算機編程語言知識，讓用戶程序編制變得簡單易學。操作人員只需要按照說明書，做少量的接線和簡單的程序編制設(shè)定工作，就能將其靈活方便的應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

當前我國機械手研發(fā)還處在一個十分初級的階段，特別在高精度的機械手方面，與美國、德國等發(fā)達國家相比還有很大差距。為此，要讓我國機械行業(yè)能夠進一步發(fā)展壯大，就必須提高機械設(shè)備的自動化程度和生產(chǎn)效率，將人從生產(chǎn)中解放出來。同時，國家應(yīng)加大對機械手及機器人的研發(fā)投入，積極開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，從根本上提升機械行業(yè)的競爭力。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.219