机械手在汽车行业的应用及其发展趋势

吕晓东

（颐中（潍坊）实业有限公司，山东 青州 262500）

机械手在汽车行业的应用及其发展趋势

吕晓东

（颐中（潍坊）实业有限公司，山东 青州 262500）

机械手可以模拟人手的某些动作，可以在一定的控制程序下完成要求的任务，它可以代替人完成繁重的或是危害健康的工作，实现生产的自动化和机械化，在工业生产中应用广泛。同时随着相关学科进步，机械手向着智能化、通用化方向发展，必为制造业等行业做出更加巨大贡献，从根本上提升行业竞争力。

汽车；机械手；传感器；控制

0 引言

随着科学技术的发展，工业自动化程度不断提高，在某些环节逐步使用自动化、半自动化设备进行辅助操作，使工人从繁重的劳动中解放出来。其中机械手由于具有操作简便、高效安全、精确直观等特点，能很好满足现代企业高效率、高质量以及高安全性的要求，在自动化程度越来越高的生产线上扮演着不可替代的角色。

1 机械手在汽车行业的应用

1.1 搬运、安装作业

在汽车安装总线上，车身的装配、焊接、搬运、包装，检测等都离不开工业机械手，工业机器手已成为汽车生产线上不可缺少的一个环节。而安装作业中机械手的应用更是随处可见，像轮胎、车门、车灯、座椅等的安装。举例来说——轮胎装配机械手，它是工人装配轮胎时的辅助装置，能圆满地实现特定工位轮胎的搬运安装作业，工作平稳可靠，能实现机械自锁，结构刚性好，极大地降低了企业劳动成本，提高了工作效率和安全性，被广泛地应用于相关生产线。

1.2 焊接作业

汽车焊接生产线上汽车零部件、底盘、车身的点焊作业都是通过由机械手实现的，例如点焊机器手、弧焊机器手等。汽车行业对焊接的精度要求非常高，像汽车后桥的焊接，它需要连续焊接，就要求机械手能够连续轨迹控制。如果由人工进行焊接，很容易就会出现焊接不一致的情况，而使用焊接机器人则可以避免这一现象。

1.3 喷漆作业

由于存在危险性等原因，汽车车身的喷涂工作，通常都会由工业机机械手进行。喷涂机器人可柔性对应各种类型工件，可实现内外表面喷涂，其喷涂轨迹精确，保证了涂膜的均匀性，提高了涂覆品质和同时也提高了材料利用率，适应产品广。

1.4 板材冲压作业

当前国内的汽车的零件大多是由金属板材冲压而成，其生产流程如下：板材原料入位→机械手抓取上料→高温加热电炉→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。这其中加工难点较多：板材温度高、板材薄、速度要求高、板材形态不规则、尺寸受限等等。而机械手由于采用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，定位精确，能够成功解决这一系列问题。

2 机械手的发展状况

机械手可以模拟人手的某些动作，在工业生产中应用广泛，发展也十分迅速。第一台机械手于1958年由美国联合控制公司研发而成，它基于示教型系统，依靠电磁铁抓取物体。1970年，victor 在斯坦福大学演示的斯坦福机械手技术先进结构复杂，至今还被使用。70年代以后，机械手这一设备在其它工业发达的国家，比如日本、德国等，开始被广泛应用。而我国工业机械手开发与研究开始于70年代，1972年于上海开发第一台机械手，随后全国各省都开始研制应用机械手。从1986到1990年开始政府将工业机器人研发列入五年计划，并投入大量人力物力，开发制造了一系列工业机器人。

现如今最常使用的硬臂式机械手可以抓取重量在10-300kg、任意外形的物品，其特点如下：平衡工件的重量，让工件保持无重力化浮动，被用于工件的精确移载。利用气动平衡的原理，可以自动检测工件重量变化，不管是空载还是抓取不同质量的工件，都能做到悬浮状态，可以在三维空间内精确定位。刚性手臂带动工件做升降运动，而横向臂带动工件水平运动，又能保持头部的水平，操作方便。

3 机械手的未来发展方向

3.1 发展有“感觉”机械手

机械手是集力学、机械、液压、控制、传感和计算机技术等多个学科的交叉，它的进步发展依赖于某些相关技术的发展。要发展有“感觉”的机械手，传感器的应用十分必要，除去传统的位置、速度等传感器，未来机械手还需应用“视觉”、“触觉”甚至“味觉”等多种传感器。这种具有“感觉”的机械手有一定的传感能力，能够反馈外界环境的变化，并作出相应的反应。高准确度、高精度让这类机械手可以广泛应用于复杂、精密的操作，如军事、工业、医药等行业，都有很大发展前途。

3.2 模块化、通用化

从机械手本身的特点来说，开源可编程的机械手更适应产品换代、设备升级的要求，但是它的技术和成本要求较高。像自动涂胶机、轮胎助力机械手专等用机械手虽然价格相对便宜，但适用范围又受到限制。而一些特殊场合用的机械手，又需要专门设计、加工，这样就导致了成本的增加。因此为了适应应用领域不同的要求，机械手结构设计的模块化、通用化迫在眉睫，这也是未来机械手的重要发展方向。

3.3 PLC控制的应用

PLC可编程序控制器，是一个以微处理器为核心、可编程的存储器。工作时，首先在其内部存储执行逻辑运算、顺序执行和算术运算等指令，然后通过输入、输出接口传达指令，控制机械手运转过程。另外PLC的程序编制，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，不需要专门的计算机编程语言知识，让用户程序编制变得简单易学。操作人员只需要按照说明书，做少量的接线和简单的程序编制设定工作，就能将其灵活方便的应用于实际生产。

当前我国机械手研发还处在一个十分初级的阶段，特别在高精度的机械手方面，与美国、德国等发达国家相比还有很大差距。为此，要让我国机械行业能够进一步发展壮大，就必须提高机械设备的自动化程度和生产效率，将人从生产中解放出来。同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品，从根本上提升机械行业的竞争力。

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