液压机械手技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

在国外针对不同成形工艺需要，通过多年工作已经掌握了一系列成形机械手和机器人的设计制造技术，我国生产用成形机器人和机械手除部分引进消化发展和自行开发能提供企业需要外，多数产品还需要研究开发或通过引进消化吸收发展，逐步形成系列化。

新材料的发展推动了新的成形技术研究开发，高密度能源（激光、等离子束、电子束等）的发展和用于近净成形，也推出了一批新的近净成形工艺。所有这些都使这项技术形成了五彩纷呈、竞相发展的局面。在我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，成形件精度总体水平平均要比发达国家低1～2个等级，一些新技术只有少数企业采用，不少复杂难成形件我国还不能生产，部分先进成形设备、机械手、机器人，很大一部分高水平自动化生产线国内还不能成套提供，因此总体水平要比国外落后15～25年。

液压技术经历了一个漫长的发展过程， 随着液压伺服技术走出实验室， 液压技术及液压机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟液压技术、液压机械手三足鼎立的局面。我国对液压技术和液压机械手的研究与应用都比较晚， 但随着投入力度和研发力度的加大， 我国自主研制的许多液压机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用， 为研究高性能的液压机械手奠定了坚实的物质技术基础。

第二节 产品工艺特点或流程

1、机械手臂的设计

械手臂设计的主要思路是将动力装置下载至底座，由同步带将动力传递给各关节。在关节处设置有离合、制动装置。提高了手臂的灵敏性和空间的柔性运动。

由于在关节处采用了离合器，类似于将电机安装在关节处直接驱动手臂，相当于四个动力源。

1） 机械手臂座的结构设计

机械手主要由臂座和手臂两部分组成，臂座的主要任务是支撑和完成手臂回转，实现其在整个空间的活动。手臂运动的快慢和正反向控制，可由控制器调节电机的转速和转向来实现。

2） 臂关节结构设计

多关节手臂关节的动力靠同步带来传递，同步带传动以其体积小，重量轻，结构简单，传动比准确而保证了手臂运动的灵活性和定位的准确性。机械手臂的运动是通过臂关节的摆转来进行的。

2）手臂的运动

机械手臂的运动范围受其结构的限制，在手臂的运动到达结构位置之前，必须使其自动停止。

2、设计原理

在设计机械手臂座的时候，用两个电机提供动力。

左边一电机通过谐波减速器减速后，通过齿轮来控制手臂的回转，而手臂弯曲动作的动力，由右边一电机提供。电机2同样也是通过谐波减速器减速后，通过一个长轴，把动力传到底部的小齿轮上，再由小齿轮与大齿轮的啮合，把动力传到那竖直的锥齿轮上，又通过锥齿轮之间的啮合，把动力与运动传递到横轴上，这样，再通过键连接，就能把动力传到那带轮上。这样，带轮就以一定的速度不停的转，以给臂关节通过同步齿型带传递动力。

在设计臂关节结构时，我们用两个同步齿形带轮来传递动力，而带轮又与轴和机械式离合器的左半边相连，这样，就使轴与左半边相连的离合器转动。在右半边为一电磁制动器，制动器的左半边与离合器的右半边相连，而且通过盘与上臂相连。这时，当电磁铁通电时，制动器吸合，这时离合器也分开。这样，上臂就停止在所要求的位置上了。当电磁铁失电时，由于弹簧力的作用，把制动器推开，同时离合器在弹簧力的作用下自动啮合，手臂恢复原有的运动。

机械手臂的运动范围手其结构的限制，在手臂的运动到达结构位置之前，必须使其自动停止。机械手臂的运动机械位置是有关节处牙嵌离合齿上的突起部分而定。手臂在极限位置自动停止，反向运行的条件完全是靠离合齿上的凸起部分与滑块的接触实现的。为了使离合齿轮能顺利的脱开和啮合，对离合齿上的凸起部分斜面的升角β≥arctgμν。只有满足这个条件，离合齿上凸起部分的斜面与滑块在滑动时才不会发生自锁。这样手臂才能自动停止和反向动作。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、重复高精度

精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及液压伺服技术走出实验室和液压伺服定位系统的成套化。液压机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。

2、模块化

有的公司把带有系列导向驱动装置的液压机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的液压机械手称为现代传输技术。模块化拼装的液压机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化液压机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代液压机械手的一个重要特点。模块化液压机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是液压机械手的一个重要的发展方向。

智能阀岛的出现对提高模块化液压机械手和液压机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。

3、无给油化

为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。

4、机电液一体化

由“可编程序控制器-传感器-液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。

而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。液压机械手、液压控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在液压机械手、液压控制中变得更加得心应手。

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