应用在汽车制造行业的上下料机械手

    机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是早出现的工业机器人，也是早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

　　目前国内的汽车的A、B柱等零件通常是由高温金属板材冲压而成，其生产线构成主要由叉车板材原料入位→机械手抓取上料→ 高温加热电炉→900℃高温板材出炉→机械手抓取上料→冲压机床冲压→机械手抓取下料→传输线组成。通常上面所说的生产线是从国外进口的，设备造价非常高，而且维护起来非常的不容易。

　　针对这样的现象，国内的汽车冲压件生产企业，长春某汽车配件集团决心全部采用国产设备，实现冲压生产线的自动化。目前国内的炉具和冲床以及模具都能够完全达到生产要求的，但是缺乏的是将这些设备连接在一起变成一条自动化生产线的整合能力，而在整个过程中，机械手的设计无疑是关键的一环。

　　机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

　　高温板材冲床上下料机械手的难点有以下几点：

　　1、板材温度达到800℃-900℃，由于温度太高，无法使用常见的真空吸盘（又称真空吊具，是真空设备执行器之一。吸盘材料采用丁腈橡胶制造，具有较大的扯断力，因而广泛应用于各种真空吸持设备上）作为端拾器主结构，而只能采用金属手指自取的方式。真空吸盘一般用橡胶制造，直接接触物体，磨损严重，所以损耗很快，它是气动易损件。

　　2、板材薄。只有0.9-1.5mm厚的板材，在高温下变软，拉伸强度变小，这样导致端拾器无法采用刚性夹持的方法抓取。

　　3、速度要求过高。从炉内出来的板材要尽量保持高温状态，直至冲压完成，而从炉内出来的板材每秒钟温度会下降几十度 ，所以要求机械手要以超过1米/秒的速度完成抓取任务。

　　4、板材形态不规则。板材形状通常都是以轴线对称的类矩形，但边线是无规则曲线，在这种情况下，我们无法使用三爪气缸等成型产品。

　　5、尺寸受限。冲压机床上下模具间的空隙很小，所以，端拾器末端高度被限制在一定尺寸下。板材从炉内出来时辊子传动的，辊子直径50mm，间距75mm,这将使抓取方式再受限。而炉具与冲床之间的距离又要尽可能的小，以节约运送时间，这样限制了机械臂的尺寸，在必须满足行程的情况下应该尽可能小。

　　正是由于上述难点，国内许多机械手生产企业婉拒了这个汽车配件企业的合作要求。

　　沈阳力拓自动化控制技术有限公司在承接了这一生产合同后，本着为客户分忧的理念，以为至高点的精神，大胆创新，经过反复的实验后终于为客户提供了满意的产品，同时也填补了高温板材冲床上下料机械手的国内空白。

　　力拓公司生产的这款机械手采用了很多的生产工艺和设计方法，现简述如下：

　　一 、为了解决速度高，机械臂尺寸受限的问题，力拓公司采用了德国BAHR公司的ELZT系统倍速定位单元，这种定位单元主要 由铝型材骨架，直线滑轨和双同步带驱动构成。如图： 其工作原理为：当伺服电机工作时，带一驱动A端移动，而A端在移动的同 时要通过带二来驱动B端同向移动，当A端相对于固定座移动的行程m时，B端相对固定座移动了2m。这样就一举解决了机械臂尺寸受 限和速度要求过快的问题。

　　实际上在进口的设备中，同样也采用了类似机构。

　　二、直线位移采用伺服电机与行星减速机机构结合的动力模式，速度快，加速平稳，定位。

　　三、采用以气缸为动力，以轴、自润滑轴承，和多连杆主从动机构为主体，以铝型材为框架的端拾器设计，成功解决了高温，  板材薄，板材形状不规则，及尺寸受限的一系列问题。

　　沈阳力拓自动化控制技术有限公司研制的这款高温板材冲床上下料机械手在投入使用后深受客户好评，目前完全由国内自主制 造的条全自动高温板材冲压生产成已经在长春郊区投入运行，效果十分明显。