陳剛

    (株洲職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南株洲412000)

    摘要:根據(jù)環(huán)形電鍍線的特點(diǎn),詳細(xì)介紹了三自由度機(jī)械手的基本形式,并分析了其運(yùn)動(dòng)過程;就三自由度機(jī)械手在環(huán)形電鍍生產(chǎn)線中的應(yīng)用做了說明,為環(huán)形電鍍生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)提供了新的方法。

    關(guān)鍵詞:電鍍;機(jī)械手;環(huán)形電鍍生產(chǎn)線

    中圖分類號:TQ150.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-4742(2011)04-0034-03

    前言

    在自動(dòng)化裝配電鍍生產(chǎn)線上,機(jī)械手能將單個(gè)或多個(gè)工件快速的從一個(gè)位置準(zhǔn)確地抓取移動(dòng)到目標(biāo)位置。機(jī)械手的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率,也更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,同時(shí)其還能使操作人員免受電鍍環(huán)境對于人身健康的影響。目前應(yīng)用較多的機(jī)械手有二自由度機(jī)械手和三自由度機(jī)械手。

    1·三自由度機(jī)械手的基本形式與運(yùn)動(dòng)分析

    三自由度機(jī)械手相對于二自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,它是在二自由度機(jī)械手的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,只是比二自由度機(jī)械手增加了一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在電鍍生產(chǎn)線上,三自由度機(jī)械手的兩種基本形式是:(1)搖臂式自動(dòng)取料機(jī)械手;(2)橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手。這兩種機(jī)械手大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線上的自動(dòng)取料,具有很強(qiáng)的代表性。

    1.1 搖臂式自動(dòng)取料機(jī)械手

    典型的搖臂式自動(dòng)取料機(jī)械手,其運(yùn)動(dòng)由X,Y兩個(gè)相互垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)與一個(gè)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)組合而成,如圖1所示。搖臂式自動(dòng)取料機(jī)械手一般為小型機(jī)械手,圖2為此種機(jī)械手的應(yīng)用實(shí)例。

    這種機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程如下:

    (1)動(dòng)作1當(dāng)執(zhí)行下降取料命令后,機(jī)械手抓取裝置沿Z軸方向垂直下降,如圖1中軌跡1所示,抓取動(dòng)作可以通過吸盤、氣動(dòng)手指和杠桿機(jī)構(gòu)等完成;

    (2)動(dòng)作2抓取鍍件的機(jī)械手沿Z軸反方向運(yùn)行到原點(diǎn),如圖中軌跡2所示;

    (3)動(dòng)作3機(jī)械手繞Z軸旋轉(zhuǎn)一定角度為下一次運(yùn)動(dòng)做準(zhǔn)備,如圖中軌跡3所示;

    (4)動(dòng)作4機(jī)械手沿X軸方向?qū)㈠兗\(yùn)行到釋放點(diǎn)上方,再通過Z軸的下降運(yùn)動(dòng)將鍍件釋放到指定地點(diǎn);

    (5)動(dòng)作5機(jī)械手沿上述軌跡反方向運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn),開始下一個(gè)循環(huán)。

    根據(jù)控制要求,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和X軸方向的直線運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行。

    1.2 橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手

    典型的橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手,其運(yùn)動(dòng)由X,Y,Z3個(gè)相互垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)組合而成,也稱為三自由度平移機(jī)械手。

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    (1)運(yùn)動(dòng)形式

    橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)與搖臂式機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)是類似的,所不同的是橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)全部為直線運(yùn)動(dòng),在結(jié)構(gòu)上更具有代表性,如圖3所示。橫行式自動(dòng)取料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)分為X軸、Y軸、Z軸3部分,主要在空間運(yùn)動(dòng)距離較大的場合使用;而搖臂式機(jī)械手則將其中一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)用更簡單的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)所代替。

    (2)運(yùn)動(dòng)過程分析

    這種機(jī)械手在結(jié)構(gòu)上主要是將X軸、Y軸、軸(主手、副手)、底座等4部分采用模塊化的方式通過直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)搭接而成,其中X軸、Y軸、Z軸在相互垂直的方向上進(jìn)行搭接連接。直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)不僅是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向部件,各部分結(jié)構(gòu)的連接也是通過直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。

    這種機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程如下:

    動(dòng)作1當(dāng)執(zhí)行下降取料命令后,機(jī)械手抓取裝置沿Z軸方向垂直下降,如圖3中軌跡1所示,抓取裝置包括吸盤、氣動(dòng)手指和杠桿機(jī)構(gòu)等;

    動(dòng)作2機(jī)械手抓取鍍件后沿Z軸反向回到原點(diǎn),如圖中軌跡2所示;

    動(dòng)作3機(jī)械手抓取鍍件沿Y軸方向移動(dòng),如圖中軌跡3所示;

    動(dòng)作4根據(jù)運(yùn)動(dòng)需要,機(jī)械手抓取鍍件沿X軸方向移動(dòng),實(shí)現(xiàn)跨距轉(zhuǎn)移,如圖中軌跡4所示;

    動(dòng)作5當(dāng)鍍件運(yùn)行到釋放點(diǎn)上方時(shí),機(jī)械手執(zhí)行下降命令沿軌跡5下降至釋放點(diǎn)釋放鍍件,完成一次鍍件的轉(zhuǎn)移;

    動(dòng)作6、動(dòng)作7、動(dòng)作8這幾個(gè)動(dòng)作沿上述運(yùn)動(dòng)軌跡反向運(yùn)行,回到原點(diǎn)位置,進(jìn)人待料狀態(tài),等待下一次取料循環(huán)。

    這種橫向移動(dòng),根據(jù)控制和運(yùn)行的要求,X軸、Y軸、Z軸的運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行。

    2·在環(huán)形電鍍線中的布置形式

    環(huán)形電鍍生產(chǎn)線是電鍍行業(yè)大批量生產(chǎn)中常采用的設(shè)備,其環(huán)形的形成除了傳統(tǒng)的懸掛鏈外,還可以通過機(jī)械手來實(shí)現(xiàn),其平面布置圖,如圖4所示。

    在過渡區(qū),機(jī)械手若為三自由度,其可用的坐標(biāo)形式有兩種。

    (1)直角坐標(biāo)式機(jī)械手手臂末端沿直角坐標(biāo)系的X,Y,Z3個(gè)坐標(biāo)軸作直線移動(dòng),如圖5(a)所示。

    (2)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié),構(gòu)成圓柱形狀的工作范圍,如圖5(b)所示。

    3·小結(jié)

    隨著電鍍工業(yè)的發(fā)展,對電鍍工藝提出了新的要求,同樣對電鍍設(shè)備也提出了更高的要求。機(jī)械手因其具有良好的空間轉(zhuǎn)移性能和控制性能佳等特點(diǎn),因而在電鍍生產(chǎn)線上有很好的應(yīng)用前景。

    參考文獻(xiàn):

    張立茗.我國電鍍設(shè)備的發(fā)展和現(xiàn)狀.電鍍與精飾,2001,23(5):13-15.

    陳剛.機(jī)電一體化技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,2010.

    陳剛.環(huán)形電鍍生產(chǎn)線機(jī)械手過渡的實(shí)現(xiàn).電鍍與環(huán)保,2010,30(5):14-15.