机械手在汽车玻璃制造上的应用
时间：2020-12-29 12:04:26 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]本文介绍了机械手的种类、特点和系统的结构，阐述了机械手的技术优势，论述了机械手在汽车玻璃企业的运用。机械手将向着智能型、高质量、长寿命、低价格方向进行改进。从几个方面介绍机械手臂在实际工作中的优点，并指明其将来的发展方向。
[关键词]机械手，汽车玻璃；应用
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0285-01
机械手具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连结，并允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。构造上由机械主体、控制器、伺服机构和感应所组成，并由程式根据作业需求设定其一定的指定动作。机器人的运作由电动机驱动移动一只手臂，张开或关闭一个夹子的动作，并精确的回馈至可编程逻辑的控制器。
1 机械手种类及其特点
为实现物料移载的省力操作，各公司推出丰富的机械手产品，满足不同行业中不同物料、不同工艺要求的搬运需求。按工作原理区分，有硬臂系列和软素系列。其中臂杆式平衡吊又因工作曲线差异，分为PBF、PBC等；软索式则因主体执行元件不同，有卷筒式（IRB）、直线气缸式（PBB）、钢丝绳式以及链条式等。根据动力源不同，有气动式和电动式（EBC）等。按系统所采用基座不同划分，有落地固定式、落地移动式、悬挂固定式、悬挂移动式及附墙式等。软索系列助力机械手，主要以IRB型为主，采用美国英格索兰公司的气动平衡吊为系统主机，配合抓取夹具、平面轨道滑动系统或相应基础，组成系统。由于主机和夹具间通过一根钢丝绳连接，因此称之为软素系列。
硬臂系列助力机械手，主要由PBF型、PBC型、PBD型以及PBs型主机组成。根据工况的差异，选择相应的主机，配合抓取夹具、平面轨道滑动系统或相应基础，组成系统。由于系统基本是刚性臂杆结构组成，因此称之为硬臂系列。此类机械手，具有刚性手臂和全程重力平衡等诸多优点，因此被广泛应用于需要越过障碍、要求精确定位、取置状态受限、现场环境复杂或系统承受扭力等场合。助力机械手的特点：操作省力、抓取简捷、辅助定位、避免错误操作、可靠性高、易于操作、保养和维护。
2 机械手系统结构
一套完整的助力机械手装备结构采用旋转机械臂的结构形式，主要由平衡吊主机、轨道装置、机械手本体和抓取夹具（气动控制系统、安全检测保护装置）及安装结构等组成。从安装方式上分为吊挂安装、地面立柱式及特殊挂墙式。机械手主机是实现物料（或工件）在空中无重力化浮动状态的主体装置；机械手则是实现工件抓取，并完成用户相应搬运和装配要求的装置，安装结构则是根据用户服务区域及现场状况要求以支撑整套设备的机构。
3 机械手本体机械结构
机械手本体机械由三个关节回转轴组成，助力机械手主关节可330°回转，次关节及夹具关节可300°回转。机械手在主次关节处配备有制动装置，通过操作集成在按钮面板上的刹车按钮，实现回转关节的锁定，可使助力装置在随行和闲置状态不产生漂移。平行四连杆结构通过平衡气缸的作用实现机械手上下升降功能。角度调整臂通过回转连通与平行四连杆臂末端相连接，补偿平行四连杆臂的角度调整范围。次臂通过回转连通与角度调整臂末端连接，下端通过法兰与夹具连接
4 机械手的特点与应用优势
4.1 机械手的特点
机械手主要特点可归结为通用性、拟人化、可编程、机电一体化、体积小和重量轻。除了专门设计的专用机械手外，一般机械手在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。如更换机械手末端操作（手爪、工具等）便能执行不同的作业任务。机械手在结构上有类似人的腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，用电脑控制。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。机械手可随其工作环境变化的需要而进行再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功能，是柔性制造系统（FMS）中的一个重要组成部分。机械手涉及的技术很广，它是机械学和微电子技术的综合应用，与计算机技术的应用密切相关。
4.2 应用优势
最显著与直接的优势就是减轻劳动强度，提高劳动生产率，保证产品的质量。机械手最早运用在搬运领域，使人们从繁重的体力劳动中解放出来。因此机械手广泛应用于上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等地自动搬运。一台机械手一般可以代替2名生产工人，相对大型工业企业，其所代替的劳动力相当可观。机械手动作迅速、敏捷，机器人在运转过程中不停顿、不休息，精确重复相同的动作，所生产的产品质量稳定，可控性强，因此生产效率与产品质量得到极大地提高。另外，机械手可以在各种恶劣与危险的环境中工作，因此可大大减少人受危险环境的伤害，保证企业的安全生产。
5 机械手将来改进和提升的方向
现在很多企业根据自己的需求，在机械手上安装了一些感觉系统（硬件），通过软件控制已经使机械手具有了一定的感觉功能。如果能通过日益发展的科技技术，不断提高机械手的智能型，不但能让它按设定的程序进行一些判定、识别等操作，还能在可能发生不良问题或事故前就能通过历来的程序经验分析判断，并做出最快、最合理的操作。使机械手具有分析判断再执行合理操作的功能。目前中国还处在发展中国家，各行各业的经济水平不是很高，低价格是各企业首先考虑的问题。所以在设计机械手时，应先使用标准件、通用件，同时提高设备可维修性、易维修性等后续问题，最终达到节约成本的效果。
对机械手而言，由于是长时间使用的设备，要保证其长期质量是很重要的。所以对机械手的各个零件的精度、装配间隙、耐磨性等都有很高的要求。对于这些关键零件应使用较好的材质，并由技术能力较强的企业生产，才能保证质量的稳定性，并延长其使用寿命。
6 机械手在汽车玻璃企业的运用
众所周知汽车玻璃都是安全性玻璃，它分为夹层玻璃和钢化玻璃两种。汽车前风挡玻璃就是夹层玻璃，即使玻璃碎裂，碎片也会被粘在薄膜上。汽车后风挡及侧围窗一般都是钢化玻璃，玻璃被外力破坏时，碎片会成类似蜂窝状的碎小钝角颗粒。其上述两种汽车玻璃在碎裂时都不易对人体造成伤害。但在生产时，半成品玻璃还未热处理，其玻璃特性对人员操作带来很大安全隐患。另外，玻璃是易损品，轻微的触碰都会对玻璃表面造成划伤。所有玻璃企业对机械手的运用就更加重要。在汽车玻璃加工过程中，把原片玻璃搬上工作台是最危险的。由于原片玻璃面积过大，加之在运输过程中可能对玻璃造成损伤，增加玻璃碎裂的可能性。这一上片工序的任务非机械手担当不可。现在企业中运用最好的就是六轴机械手。通过在机械手前端增加波纹真空吸盘、超声波传感器、顶针、光控等零件协调机械手位置，对玻璃进行自动吸附，并平稳地从货架上运送至输送台上。一般的六轴机械手前端至少安装三个控制系统，用来控制机械手前端吸盘整体面与玻璃面平行（三点控制一个面）。六轴机械手的优点就是能多方位地调节使之达到满意的角度及平面。其在工作中的优点：灵活性强、精度高、能从事多种复杂工种。但也有其缺点：价格高、维修难、底座位置比较固定。为了降低成本，设计了一套既能满足玻璃行业的要求，又经济实惠的机械手，它类似于直角坐标型机械手。为了节约空间，将其设计成吊挂式。它的优点是：价格低、结构简单、操作方便，便于安装和拆卸，对搬运玻璃效率高。但也有其缺点：吸附玻璃时，对玻璃摆放位置有一定的要求。由于其工作行程的局限性，对所能工作的范围也较单一。所以不能从事复杂的工种。在汽车玻璃生产中，玻璃有锡面和非锡面之分，六轴机械手还负责将玻璃锡面相反的玻璃反过来。设想将锡面检测仪直接安装在六轴机械手上，通过搬运玻璃时直接对每一片进行检测，作出正确的判断将要求的一面放置在工作台上。避免了后续输送中检测时发现错误，并再次翻转的工作，能加快流水线生产。
7 结语
机械手在汽车玻璃行业上的运用大大减少了人员触碰玻璃的几率，不仅保障了人员的安全，而且也保证了玻璃表面的质量（玻璃是易损品），提高了成品率。机械手在其它工业上，还从事装配、加工、熔接、切削、加壓、货物搬运、检测等工作，全球目前产业使用量是以汽车、汽车零组件、化工、橡胶和塑料最大。机械手的研发也朝向节省人力、减少人类暴露在危险地工作环境、甚至进行更加精密的工作。机械手的技术发展将为人类在工作与生活中提供更多便利。
作者简介
耿晓宇（1989.05），2008年6月毕业于沧州职业技术学院机电一体化技术专业，现从事超薄玻璃制造工作。
