機械手在汽車行業的應用及其發展趨勢

呂曉東

（頤中（濰坊）實業有限公司，山東 青州 262500）

機械手在汽車行業的應用及其發展趨勢

呂曉東

（頤中（濰坊）實業有限公司，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，它可以代替人完成繁重的或是危害健康的工作，實現生產的自動化和機械化，在工業生產中應用廣泛。同時隨著相關學科進步，機械手向著智能化、通用化方向發展，必為制造業等行業做出更加巨大貢獻，從根本上提升行業競爭力。

汽車；機械手；傳感器；控制

0 引言

隨著科學技術的發展，工業自動化程度不斷提高，在某些環節逐步使用自動化、半自動化設備進行輔助操作，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，能很好滿足現代企業高效率、高質量以及高安全性的要求，在自動化程度越來越高的生產線上扮演著不可替代的角色。

1 機械手在汽車行業的應用

1.1 搬運、安裝作業

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機械手，工業機器手已成為汽車生產線上不可缺少的一個環節。而安裝作業中機械手的應用更是隨處可見，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，能圓滿地實現特定工位輪胎的搬運安裝作業，工作平穩可靠，能實現機械自鎖，結構剛性好，極大地降低了企業勞動成本，提高了工作效率和安全性，被廣泛地應用于相關生產線。

1.2 焊接作業

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

1.3 噴漆作業

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

1.4 板材沖壓作業

當前國內的汽車的零件大多是由金屬板材沖壓而成，其生產流程如下：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、板材形態不規則、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結合的動力模式，速度快，加速平穩，定位精確，能夠成功解決這一系列問題。

2 機械手的發展狀況

機械手可以模擬人手的某些動作，在工業生產中應用廣泛，發展也十分迅速。第一臺機械手于1958年由美國聯合控制公司研發而成，它基于示教型系統，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先進結構復雜，至今還被使用。70年代以后，機械手這一設備在其它工業發達的國家，比如日本、德國等，開始被廣泛應用。而我國工業機械手開發與研究開始于70年代，1972年于上海開發第一臺機械手，隨后全國各省都開始研制應用機械手。從1986到1990年開始政府將工業機器人研發列入五年計劃，并投入大量人力物力，開發制造了一系列工業機器人。

現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量的工件，都能做到懸浮狀態，可以在三維空間內精確定位。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 機械手的未來發展方向

3.1 發展有“感覺”機械手

機械手是集力學、機械、液壓、控制、傳感和計算機技術等多個學科的交叉，它的進步發展依賴于某些相關技術的發展。要發展有“感覺”的機械手，傳感器的應用十分必要，除去傳統的位置、速度等傳感器，未來機械手還需應用“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，能夠反饋外界環境的變化，并作出相應的反應。高準確度、高精度讓這類機械手可以廣泛應用于復雜、精密的操作，如軍事、工業、醫藥等行業，都有很大發展前途。

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產品換代、設備升級的要求，但是它的技術和成本要求較高。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，又需要專門設計、加工，這樣就導致了成本的增加。因此為了適應應用領域不同的要求，機械手結構設計的模塊化、通用化迫在眉睫，這也是未來機械手的重要發展方向。

3.3 PLC控制的應用

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，首先在其內部存儲執行邏輯運算、順序執行和算術運算等指令，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定工作，就能將其靈活方便的應用于實際生產。

當前我國機械手研發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、德國等發達國家相比還有很大差距。為此，要讓我國機械行業能夠進一步發展壯大，就必須提高機械設備的自動化程度和生產效率，將人從生產中解放出來。同時，國家應加大對機械手及機器人的研發投入，積極開發出擁有自主知識產權的產品，從根本上提升機械行業的競爭力。

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