超聲波焊接中機械手探析

（深圳日力高周超聲設(shè)備有限公司，廣東深圳 518110）

0 引言

機械手的合理使用不僅對超聲波焊接工藝的進步具有重要的影響，對我國的工業(yè)發(fā)展同樣具有十分重要的意義，而且其對環(huán)境保護也起著非常重要的作用。機械手可以迅速對周圍的環(huán)境作出相應(yīng)的反應(yīng)，機械手還可以根據(jù)實際的情況進行科學(xué)合理的評價和正確的調(diào)整。機械手的應(yīng)用十分廣泛，在比較復(fù)雜的環(huán)境中使用機械手還可以有效地避免由于環(huán)境的復(fù)雜性而產(chǎn)生的各種問題。

1 機械手發(fā)展的重要性及趨勢

1.1 機械手發(fā)展的重要性

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)外市場競爭日益激烈，企業(yè)對于自動化的追求是一種不可避免的趨勢。機械手是工業(yè)自動化發(fā)展的具體體現(xiàn)，通過對機械手的使用可以為企業(yè)的工作效益進行大幅度地提高，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益，還可以減輕操作人員在復(fù)雜和有害環(huán)境中的工作量。同時機械手的使用還對技術(shù)創(chuàng)新具有一定的促進作用，機械手在工業(yè)中的應(yīng)用不僅可以推動我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還可以促進工業(yè)技術(shù)的進步。機械手因其特點不同可分為不同的種類，每一種類型的機械手都有著十分重要的應(yīng)用：第一種類型的機械手為水平關(guān)節(jié)型機械手。這種類型的機械手大多和其他形式的機械手進行組合使用，通過組合使用可以大幅度提高機械手的工作效率，而且應(yīng)用范圍很廣，能夠進行大多數(shù)的工作，水平關(guān)節(jié)型機械手還有著價格低廉的優(yōu)勢，十分適合中小企業(yè)使用，但是在使用過程中往往會因為自身結(jié)構(gòu)而受到許多操作上的限制。第二種類型的機械手為多自由度機械手。這種類型的機械手在實際應(yīng)用中需要確定一定的工作范圍，并且要給予一定的抓手，在實際應(yīng)用中比較廣泛，但是其價格比水平關(guān)節(jié)型機械手更高。也正是因為這樣的特點，多自由度機械手雖然應(yīng)用較為廣泛，但是工作內(nèi)容卻比較單一，并且多自由度機械手通常在大型企業(yè)中應(yīng)用較多。第三種類型的機械手為復(fù)合型機械手[1]。

1.2 機械手的發(fā)展趨勢

（1）加強智能化建設(shè)，促進更為廣泛的應(yīng)用。基于經(jīng)濟技術(shù)的高速發(fā)展，機械手正逐漸向智能化方向快速地進行發(fā)展。通過對機械手的使用，機械手可以實現(xiàn)不斷學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識，當(dāng)在工作的過程中遇到問題時，能夠以最快的速度選擇最優(yōu)解，這樣的特點使機械手的發(fā)展十分迅速，而且機械手還具有較強的適應(yīng)性和科學(xué)反應(yīng)能力。在機械手得到高速發(fā)展的現(xiàn)階段，機械手不再局限只能在工業(yè)生產(chǎn)過程中進行使用，不僅可以同時應(yīng)用于社會不同領(lǐng)域的工作中，而且可以在后續(xù)的發(fā)展過程中繼續(xù)發(fā)揮作用。機械手正越來越廣泛地存在于人類的生活和工作中，占據(jù)著越來越重要的地位，我們應(yīng)該加強對機械手的關(guān)注與研究，使機械手可以盡快應(yīng)用在超聲波焊接的工作中。

（2）產(chǎn)品微型化，體現(xiàn)更高的精度和可靠性。在機械手不斷發(fā)展的過程中，其正逐步實現(xiàn)微型化的發(fā)展，在人類不可觸及的領(lǐng)域代替人們進行操作，幫助人們開展相關(guān)的微觀研究。機械手的微型化不僅提高了機械手應(yīng)用的范圍，還對機械手提出了更高的要求。微型化的機械手十分利于在超聲波焊接中進行精密的工作，這也引起了許多學(xué)者的研究?；诳茖W(xué)的發(fā)展，納米機械手的設(shè)計將不再是一個夢想，超聲波焊接工作中如果可以使用機械手技術(shù)，那么整個超聲波焊接工作的效率和工作質(zhì)量都將得到飛躍性的提高。

2 超聲波焊接中機械手主要部件的運動

機械手在超聲波焊接的實際應(yīng)用中是處在一個完整循環(huán)周期過程中的，主要是由以下四個部分組成：

第一部分，凸輪間歇分割器經(jīng)由步進電機的帶動作用，對機械臂進行90°的旋轉(zhuǎn)。同時氣會進行缸收縮，三個吸盤將同時工作，以抓取成品燈、燈蓋和燈座。

第二部分，在氣缸伸長之后，步進電機將再次帶動凸輪間歇分割器，將機械臂再一次轉(zhuǎn)動90°，然后氣缸會發(fā)生收縮。此時的真空吸盤將進行復(fù)位運動，燈將位于傳送帶上，而燈罩將位于下模具上。

第三部分，在此階段氣缸將會再一次進行伸長，凸輪間歇分割器經(jīng)由步進電機帶動，促使機械臂再次轉(zhuǎn)動90°，此時氣缸會進行收縮，機械臂上的吸盤會復(fù)位，燈座會在下模具上，同時會與燈蓋配合工作。

第四部分，在此階段氣缸會第三次進行伸長，步進電機驅(qū)動凸輪間歇分割器旋轉(zhuǎn)，機械臂會再一次呈90°旋轉(zhuǎn)。此時超聲波焊機上的上模具會進行一定程度的下移與下模具配合，最終呈現(xiàn)兩者貼合的狀態(tài)[2]。

3 臂部設(shè)計

在對機械手臂部的設(shè)計過程中，機械手的臂部需要滿足嚴格的要求。具體要求如下：首先臂部應(yīng)具有較大的剛度，只有滿足剛度的需求才可以進行更為精細的操作。對手臂部分的橫截面形狀進行科學(xué)合理的選擇時，才能保證其在操作過程中既能完成相應(yīng)的動作要求，又可以更好地防止發(fā)生變形等現(xiàn)象。在通常情況下，工字形截面的剛度較大，正因為這樣的特性，在機械臂部的設(shè)計中主要采用工字鋼作為支撐板，來滿足機械手對于剛度的需求。其次臂部需要具有較高的導(dǎo)向性。在機械臂部的構(gòu)造過程中，要做好對機械手臂部的導(dǎo)向設(shè)置，通過這樣的方式來避免使用過程中出現(xiàn)直線運動的現(xiàn)象。在對機械臂部的設(shè)計中應(yīng)盡量使重量較輕。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量減輕手臂的重量，將自身重量對機械臂運動速度的影響降到最低，降低由于重量原因?qū)C械手臂部精準(zhǔn)度的影響[3]。

4 手爪的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在工業(yè)上，最常使用的進行抓取的手爪包括真空吸盤、電磁鐵和氣動手指等。在超聲波焊接過程中，由于抓取的東西主要是塑料片狀燈蓋、燈座和成品燈，與其他被抓取物相比其表面光滑，重量相對較輕，使用電磁鐵或氣動手指無法滿足超聲波焊接的要求，因此超聲波焊接機械臂的手爪通常采用真空吸盤。真空吸盤是現(xiàn)階段最常見的一種氣動執(zhí)行原件，其主要材料是丁腈橡膠。真空吸盤的具體工作原理是：在真空吸盤的上部會有一個通氣孔，一旦將氣管連接到真空發(fā)生器上，吸盤的工作面就會接觸到要提升的物料。真空發(fā)生器在工作時，真空吸盤的內(nèi)部壓力會顯著降低，使其低于大氣壓，產(chǎn)生一定的力將吸附的物料提起，然后運送到指定的位置。當(dāng)物體到達預(yù)定位置時，真空發(fā)生器會將氣體送入吸盤，吸盤內(nèi)的氣壓升高，當(dāng)壓力略高于大氣壓時，吸盤就會與物料分離，將物體放在指定的位置，完成相應(yīng)的任務(wù)。

5 結(jié)論

我國工業(yè)目前仍處于發(fā)展階段，絕大多數(shù)企業(yè)仍然是用手工或半機械化進行生產(chǎn)，員工的勞動強度大，同時還存在著對物料的浪費大、噪音大、安全系數(shù)低等問題，使得企業(yè)在招聘時很難招到工人，導(dǎo)致了我國工業(yè)的發(fā)展受到限制，阻礙了工業(yè)在智能化和安全性方面的發(fā)展。通過機械手的有效應(yīng)用，能有效避免這些問題的出現(xiàn)，機械手在工業(yè)發(fā)展中的作用將逐步提高，相關(guān)企業(yè)需要加強對機械手的設(shè)計的重視，提高自身的優(yōu)勢，這對實現(xiàn)我國的工業(yè)的快速發(fā)展具有非常重要的作用。