機械手調查和設計研究報告

2023-02-08 05:57:07 字數 3467 閱讀 6840

2012-8-30)

能模仿人手和臂的某些動作功能,用以按固定程式抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現的工業機械人,也是最早出現的現代機械人。

一般來說,機械手主要有以下幾部分組成。

1)手部(或稱抓取機構)

包括手指、傳力機構等,主要起抓取和放置物件的作用。

2)傳送機構(或稱臂部)

包括手腕、手臂等,主要起改變物件方向和位置的作用。

3)驅動部分

它是前兩部分的動力,因此也稱動力源,常用的有液壓、氣壓、電力和機械四種驅動形式。

4)控制部分

它是機械手動作的指揮系統,由它來控制動作的順序(程式)、位置和時間(甚至速度與加速度)等。

5)其它部分如機體、行走機構、行程檢測裝置和感測裝置等。

機械手從使用範圍、運動座標形式、驅動方式以及臂力大小四個方面的分類分別為。

1.3.1 按使用範圍分類:

(1)專用機械手一般只有固定的程式,而無單獨的控制系統。它從屬於某種機器或生產線用以自動傳送物件或操作某一工具,例如「毛坯上下料機械手」、「曲拐自動車床機械手」、「油幫浦凸輪軸自動線機械手」等等。這種機械手結構較簡單,成本較低,適用於動作比較簡單的大批量生產的場合。

(2)通用機械手指具有可變程式和單獨驅動的控制系統,不從屬於某種機器,而且能自動完成傳送物件或操作某些工其的機械裝置。通用機械手按其定位和控制方式的不同,可分為簡易型和伺服型兩種。簡易型只是點位控制,故屬於程式控制型別,伺服型可以是點位控制,也可以是連續軌跡控制,一般屬於數字控制型別。

1.3.2 按運動座標型式分類:

(1)直角座標式機械手臂部可以沿直角座標軸x、y、z三個方向移動,亦即臂部可以前後伸縮(定為沿x方向的移動)、左右移動(定為沿y方向的移動)和上下公升降(定為沿z方向的移動);

(2) 圓柱座標式機械手手臂可以沿直角座標軸的x和z方向移動,又可繞z軸轉動(定為繞z軸轉動),亦即臂部可以前後伸縮、上下公升降和左右轉動;

(3)球座標式機械手臂部可以沿直角座標軸x方向移動,還可以繞y軸和z軸轉動,亦即手臂可以前後伸縮(沿x方向移動)、上下擺動(定為繞y軸擺動)和左右轉動(仍定為繞z軸轉動);

(4)多關節式機械手這種機械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大臂的連線(肘部)以及大臂和機體的連線(肩部)均為關節(鉸鏈)式連線,亦即小臂對大臂可繞肘部上下擺動,大臂可繞肩部擺動多角,手臂還可以左右轉動。

1.3.3 按驅動方式分類:

(1)液壓驅動機械手以壓力油進行驅動;

(2)氣壓驅動機械手以壓縮空氣進行驅動;

(3)電力驅動機械手直接用電動機進行驅動;

(4)機械驅動機械手是將主機的動力通過凸輪、連桿、齒輪、間歇機構等傳遞給機械手的一種驅動方式。

1.3.4 按機械手的臂力大小分類:

(1)微型機械手臂力小於1㎏;

(2)小型機械手臂力為1-10㎏;

(3)中型機械手臂力為10-30㎏;

(4)大型機械手臂力大於30㎏。

機械手的技術引數是說明機械手規格與效能的具體指標,包括以下幾個方面。

(1)負載能力(機器手臂力)

這項引數一般指機械手在正常執行速度下所能握取的工件重量,它與機械手的執行速度高低有關。當機械手執行速度可調時,低速執行時所能握取工件最大重量比高速時大,為安全起見,也有將高速時所能握取的工件重量作為指標的,此時則常指明執行速度。

(2)定位精度

定位精度是衡量機械手工作質量的一項重要指標,定位精度的高低取決於位置控制方式以及工業機械手的運動部件本身的精度和剛度,與握取重量、執行速度等也有密切關係。一般的專用機械手採用固定擋塊控制,可達到較高的定位精度;採用行程開關、電位計等電控元件進行控制,位置精度相對較低;工業機械手的伺服系統是一種位置跟蹤系統,即使在高速過載情況下,也可防止機械手發生劇烈的衝擊和振動,因此可以獲得較高的定位精度。

一般所說的定位精度是指位置精度和位置重複定位精度。其中位置精度是指目標位置與到達目標的實際位置的平均偏差;而位置重複定位精度是指機械手多次定位重複到達同一目標位置時,與其實到位置之間的相符合程度。

(3)運動速度

運動速度是反映機械手效能的又一項重要指標,它與機械手負載能力、定位精度等引數都有密切聯絡,同時也直接影響著機械手的運動週期。

機械手運動部件的每個自由度,其執行全過程一般包括啟動加速、等速執行和減速制動等階段,其速度-時間特性曲線可以簡化。

一般所說的運動速度,是指機械手在運動過程中最大的運動速度。為了縮短機械手整個運動的週期,提高生產效率,通常總是希望啟動加速和減速制動階段的時間盡可能的縮短,而執行速度盡可能的提高,既提高全運動過程的平均速度。但由此卻會使加、減速度的數值相應地增大,在這種情況下,慣性力增大,工件易鬆脫;同時由於受到較大的動載荷而影響機械手工作平穩性和位置精度。

這就是在不同執行速度下,機械手能提取工件的重量不同的原因。

(4)自由度

自由度是指確定機械手手部中心位置和手部方位的獨立變化引數。機械手的每乙個自由度,都要相應的配對乙個原動件(如伺服電機、油缸、氣缸、步進電機等驅動裝置),當原動件按一定的規律運動時,機械手各運動部件就隨之作確定的運動,自由度數與原動件數必須相等,只有這樣才能使機械手具有確定的運動。機械手自由度越多,其動作越靈活,適應性越強,但結構相應越複雜。

一般來說機械手具有3~5個自由度即滿足使用要求(其中臂部2~3個自由度,腕部1~2個自由度)。

(5)程式編制與儲存容量

這個技術引數是用來說明機械手的控制能力,即程式編制和儲存容量(包括程式步數和位置資訊量)的大小表明機械手作業能力的複雜程度及改變程式時的適應能力和通用程度。儲存容量大,則適應性強,通用性好,從事複雜作業的能力強。

由上表資料分析的知:

1、至2023年底,全球工業機械人累計安裝量在120萬台左右,亞洲、歐洲為工業機械人安裝量最大的兩個區域,其次是北美(美國為主)。

2、據統計,2009-2023年全球機械人安裝量平均增長4%,部分發達國家的****領域的投資停滯或變緩,一定程度上其他行業的增長將彌補這些需求。在歐洲和美洲將有約3%的年增長,亞洲約5%。

受發展中國家(中國)汽車業投資的拉動和中小企業的強勁增長推動,工業機械人市場目前十分景氣。在接下來的五年中,全球工業機械人市場年復合增長率(cagr)有望保持在7.7%的水平。

根據arc諮詢公司乙份最新的研究報告,2023年工業機械人硬體市場規模已經達到35.9億美元,2023年這一數字便超過51億美元,預計2023年全球整個市場規模將達到91億美元。

工業機械人的主要應用領域有弧焊.點焊.裝配.搬運.切割.噴漆,噴塗,檢測.碼垛.研磨,拋光.上下料,雷射加工等複雜或單調的作業。工業機械人技術在製造業應用範圍越來越廣.其標準化、模組化.網路化和智慧型化的程度越來越高.功能也越來越強,正在向著成套技術和裝備的方向發展。

世界各國主要行業對工業機械人的需求分布圖

世界各國工業機械人的應用型別與比例圖

衡量工業機械人密度的方法可以通過在汽車製造業中每萬名生產工人占有機械人的數量來展示。日本和義大利****中的機械人密度處於領先地位,分別達到了2100和1772,但日本包括了各種型別的機械人(截止到2023年),與其他國家不具有可比性。緊接著,德國機械人密度為1439,美國997臺,法國929臺,英國794臺,西班牙763臺,瑞典600臺,中國90臺。

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