【摘要】为提高工业生产中的送料效率，机器人的作用日益突出，相关设计研究也不断增多。本文以工业机器人为重点，首先介绍了其分类和构成，然后结合实例，从机械手、驱动系统、传动系统和制动器几方面进行了详细设计。
【关键词】机器人，机械手，运送物料，驱动机构
0 引言
抓取、运送物料是现代工业生产中的重要一环，以往多采用工人手工送料的方式，缺点在于长时间重复同一动作重会产生疲劳感，从而使工作效率随着时间的进行大幅降低，导致送料不及时，以致整个生产线停工。随着自动化技术的在生产中大范围的采用，工业机器人在工业生产中的应用逐步增加。正因为工业机器人有着有利于减少人工劳动量、提高作业效率，降低生产成本的特点，用机械手代替人手已经成为现代工业发展的必然趋势。如何设计出更加先进、更加经济的工业机器人，直接关乎企业的利益，也从侧面反映了国家工业自动化水平的高低，必须予以高度重视。
1工业机器人概述
1.1分类
总的来说，机器人就是能够模拟人且具有人体部分功能的机器。可大致归为3类：①操作机。需要人工操作去完成特定任务;②专业机器人。可代替人体部分功能，有固定的工作程序，应用于生产线上主要负责物料传送。因为是为主机服务并且由主机驱动，所以比较专业;③通用机器人。是独立的自动化装置，在编制相应的程序后，无需人工操作，便可自动完成任务。同时还具备记忆功能。下文研究的就是这一种。
1.2组成。①执行机构。机器人抓取物料需具备类似人手的机构，包括臂、腕、指、关节等部件。还需要有腰部和基座，方便自动旋转移动，这些都属于执行机构。按照抓取物料的方式还可分为吸附型、夹持型等;例如在工厂中我们经常看到的用机械手吸附板材来进行送料。②驱动机构。执行机构必须在外力驱动下才能有所动作，所以需要驱动机构。驱动方式有很多，液压、气压驱动应用最广。以液压驱动系统为例，包括液动机、油箱、油泵、伺服阀等，该结构比较紧凑，抓举能力较强，且具有良好的耐冲击性，但各元件需要极高的精确度。③控制系统。类似于人的大脑，控制执行动作的方向、速度、顺序等。连续轨迹控制和点位控制最为常用。有些抓取动作较复杂，多使用数字控制系统，这也是当前研究的重点。
除了这些基本构成，机器人正朝着智能化方向发展，增加了视觉、感觉、语言识别等功能。
2机器人送料的设计要点
2.1实例分析。某工厂自动化生产线工作量不断增加，作为其中的关键部分，物料传送是连接前后多个工序的桥梁。为提高工作效率，跟上生产线整体速度，现设计一台通用机器人，用以抓取运送物料。机器人有6个自由度，分别为基座、腰部、肩部、手臂、腕部、机械手。基座是基础支撑，因工作需要绝对的稳定，该厂使用实心铸铁，将基座设计为“Z”字形。基座上安装有接线盒子，负责驱动信号的发射和反馈信号的接收。另外，机器人的大臂和小臂长度分别为230mm、240mm。
2.2机械手。这部分在手臂前端，是整个机器人系统的最后一道程序，所以又叫末端执行器。通过模拟人手构造，用以抓取物料，多根据物料形状、尺寸而设计。常见的机械手有吸附式、钳夹式、专用操作器等。真空吸盘属于没有手指的一种，而有手指的机械手又能分为二指、三指、四指几种，应用最多的是二指。此次设计采用的是钳形指，设计了两个手指。传动机构为机械手提供动力，此处使用回转型传动机构。
2.3驱动方式的设计。驱动系统是机器人动作的动力之源，一般来说，系统首先要安全可靠，能够提供足够的动力维持执行机构连续动作;其次质量不能太重，操作不能太过复杂。应具有良好的灵活性和精确度，将各种误差控制在最小范围。在长期作业中为提高效率，反应速度要快，能够快速动作，完成各种切换;此外，还要考虑经济性，成本要在工厂能够承受范围内，且尽量减少占地面积。驱动机构在运行中噪声要小，以免污染环境。
设计人员考虑了液压、气压和电机驱动三种方式，在综合对比后，最终选用直流伺服电机驱动方式。该方式灵活度和精确度较高、反应速度快、安全性良好;运行中噪声较低，不会对周围环境造成重大影响;但成本相对比较昂贵，而且不易维修。驱动电机参数完全符合标准，以腰部为例，采用18V的MAXON2332型电机，最高转速为9200rpm，最大转矩为70N·m。
2.4传动方式的设计。传动机构主要是在电机驱动系统输出力矩较小时用来增加力矩的，以保证驱动系统能够提供足够的动力。传动机构要有较大的传动刚度，以减轻机器的低频振动，提高固有频率;结构尽量紧凑，减少占地面积，且自重不能过大;为保证精确度，回差设计不能太大;另外，机构设计成本尽量低，且使用寿命要长。
2.5制动器的设计。可分为电气制动和机械制动两种，主要负责将机械运动的能量转化为热能释放，以降低运动机械速度。使用制动器时，如果遇到特殊情况瞬间停止，应及时采取安全措施;停电情况下，需保证运动部分不会下滑，否则极易对周围装置造成破坏。
①机械制动器。有电磁、盘式、螺旋式和闸瓦式几种，电磁制动器应用较广。机器人驱动系统多使用伺服电机，所以电磁制动器不可或缺。其原理与盘式制动器相似，只是借助弹簧力进行制动。只有励磁电流通过线圈时，制动器才会打开，但不起制动作用;当没有励磁电流时，受弹簧力作用，处于关闭状态。所以又叫无励磁动作型电磁制动器。
②电气制动器。电动机负责将电能和机械能之间的转换。伺服电机可将电能转换为机械能，也能通过反过程达到制动的目的，但对于直流电机、同步电机，需采用相应的制动电路。
此次设计采用的是电气制动器，在不增加驱动系统重量的同时还能达到制动的目的，此种情况较为理想，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，所以要尽量避免。其不足之处在于该方法的稳定可靠性不如机械制动器，在断电时往往会失去制动作用。
3结束语。
机器人的应用使得生产线效率大幅提升，减少了人工劳动量，为企业节约了不少成本，证明了此次设计的可行性。可见，自动化技术在当前工业生产中的作用越来越重要，机器人设计水平代表着工厂形象，与其经济利益密切相关。在今后还需进一步完善，质量减轻、速度和精度要更高，最为重要都是逐步实现智能化。
参考文献：
[1]李奔.卧式数控车床直角坐标送料机器人的构建方法[J].合机械工程师，2012，20（8）：109-110