减速器多工序机械手结构设计及成型研究

孟祥超

江西省南昌市 330013

摘要：机械手是当前工业、制造业领域的重要技术，也是各领域向着自動化、机械化发展的标志。随着智能制造工业的发展，机械手作为不可获取的机械设备，对于工业、制造业的可持续化发展具有非常重要的作用，机械手的工作效率直接影响了企业的竞争能力。多工序的机械手的提出，进一步的推动了制造工业的智能化发展，提高企业竞争力。减速器作为机械手的重要设备，也发挥着一定的作用，不论是机械手还是多工序机械手，都是离不开减速器的，本文所探索的重点也是减速器多工序机械手结构的设计和成型。本文就对减速器多工序机械手进行分析，研究其结构的设计以及成型。

关键词：机械手；结构设计；成型

1、减速器与多工序机械手 　　减速器在多工序机械手的设计制造中，具有重要的作用，多工序的设计要求：质量轻、体积要小，传动平稳，具有较高的灵活性、稳定性、安全性。一般都会在机械手的关节处安装减速器。因为多工序机械手一般会执行比较重复的动作，不断的完成相同的工序，为了机械手工作的质量，以及工艺质量，就对多工序机械手的定位精度和重复定位精度具有一定的要求。而减速器就是多工序机械手精度的保证，并且还能传递更大的扭矩。在多工序机械手运行过程中，负载比较大的情况下，如果光是提高电机的功率是划不着的，为了成本和运营效率，就会在一定的速度范围之内，利用减速器来提高输出的扭矩。而且如果电机长时间的处于低频运转，容易发热或者出现低频震动，所以也需要减速器来保证质量。减速器的存在让电机在一个合适的速度下运转，精准的将转速降到机械手各部位所需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。 　　目前对于减速器的运用，主要有RV减速器和谐波减速器，谐波减速器一般都是放在小臂、腕部或者机械手的手部位置，而RV减速器一般安装与机座、大臂和肩部等一些重负载的位置。一般多工序机械手在设计的过程中，需要根据工作机的选用条件、技术参数和动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、不同品种的减速器特点，选择最适合的减速器。因此一般多工序机械手，都被称之为减速器多工序机械手。

2、减速器多工序机械手结构设计与成型 　　2.1 减速器多工序机械手结构设计 　　2.1.1 机械手工作空间设计

机械手工作空间，也就是机械手性能的一个设计和确定，工作空时也是衡量机械手性能的一个技术指标，所以对于机械手结构的设计，一定要基于性能来考虑空间的设计。首先需要考虑的是工作的范围，因为是多工序，那么相比较传统的机械手，必定要增加工作范围，机械手手臂的前端位置不能过长，也不能过重，否则会影响机械手运行的稳定性。然后是空间上设计，在上述对多工序机械手分析的时候，就提出其要质量轻、体积小，所以空间要小。其次是除了考虑空间的形状，还需要满足机械手换刀系统，重视机械手内部的传动系统的传动效率。 　　2.1.2 减速器多工序机械手结构的合理性

在结构设计上要合理，主要包括了机械手的各个手臂的长度、厚度以及电机的选型和减速器的选择。其中需要组要注意的是要尽最大可能的简化各个关节和传动机构，以此来提高稳定性和准确性。就比如目前机械手中常用的减速机构有行星齿轮减速结构，精密齿轮减速机构，行星齿轮减速机，结构紧凑、体积小、重量轻、精密度比较高，而且寿命长，具有很大的额定输出扭矩。而机械的手臂的长度、厚度，这些都要根据机械手的实际运用环境进行合理的确定。 　　2.1.3 减速器多工序机械手换刀系统

换刀系统的设计，多工序的机械手，可以完成多种工序，比如不仅可以搬运，也能实现装配、密封等工序。特别是在一些零件的加工中，对于多工序机械手实现了自动换刀系統。目前比较常见的有转塔式换刀系统、带盘式刀库的主轴直接换刀系统和带链式刀库的换刀机械手换刀系统。换刀系统实在每一个工序完成之后自动的将下一工序所用的新刀具更换到主轴上。机械手的换刀系统是通过刀库和机床协调完成的。具体来讲，把道具放在换刀架上，在换刀过程中，通过换刀板的左右平移实现道具位置的变换，实现换刀的目的。机械手工作中需要换刀的时候，采用前臂把刀板上刀具推到机械手中，实现装卡，前臂自动回位，等到下一次换刀的时候再运行。 　　需要注意的是：换刀系统的刀具，一定要满足刀具卡盘的要求，而且刀具的末端需要与前臂配合，并保证其能够夹紧。此外，机械手的臂部关节沿坐标轴的运动形式，设计的时候要以关节坐标为主，模拟人工特点。 　　2.1.4 传动系统设计 减速器多工序机械手结构中的传动系统，有气压传动、电气传动和机械传动，通常对传动系统进行设计的时候，选择的是各种混合驱动方式，比如常见的机电气一体化、机械联动等。在传动系统设计中，需要考虑的是机械手的活动范围，需要满足360度的旋转，肘关节的上下不同角度的转动，腕关节的转动，以及手部的选装等方面。工业机械手传动系统的实际运行为：机械手传动系统中，底部的传动是通过舵机带动联轴器，通过联轴器在带动底盘，实现底盘的旋转。机械手前臂的转动可以分为换刀系统和加工角度。加工角度主要是电机带动腕部关节旋转，刀头实现垂直旋转。 　　2.2 减速器多工序机械手成型分析

在完成多工序机械手设计之后，需要进行进一步的成型。对于机械的设计，是先把多工序机械手进行一个划分，分为不同的系统，对各个系统进行一个设计和分析，最后把各个系统综合，形成一个完成的多工序机械手结构。成型之后还需要对其相关指标进行分析，确定满足实际操作质量要求，注塑成产自动化专门配置的机械，并运用到实际的生产中。对于多工序机械手的成型，还需要进行一个分析验证，确定相应的材料，以便后续的注塑。对机械手全面分析，比如手臂的受力，保证注塑之后的作用发挥。一般可以采用有限元法的分析，利用计算机技术，通过专业的软件进行仿真分析，也就是在软件中实现对其网格的划分，然后用有限个单元体集合组成原有的模型，分析各个单元节点和节点之间的相互关系。最后再对其进行整体的分析。并且还需要对其注塑材料进行分析，确定使用哪一种材料符合要求。 　　2.3 减速器多工序机械手发展

机械手的发展，可以说是车间的变革，通过机械手提高产品的效益，是工业制造业智能化、自动化、精密化的体现。但是目前机械手发展还是比较慢，处于一个初级的阶段，比如对于工序上，目前基本上两臂和三臂机械手，阻止了自动化的进程。主要的原因就是成本高，相比较已经超过了人工成本。另一个原因就是技术水平落后，无法满足更多的需求。

结语：机械手作为当前制造工业的一个重大发展，也意味着制造工业的智能化、机械化进步，但是最初的机械手工作模式是比较单一的，虽然在一定程度上改变了人工操作的弊端，但是却无法满足逐渐发展的需要。因此单一的工作模式逐渐被淘汰，开始对机械手进行优化和完善，进而提出多工序机械手，可以更加精准快速的完成多到加工工序，简化加工过程，提高效率。

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