引言
机械手是当前工业、制造业领域的重要技术，也是各领域向着自动化、机械化发展的标志。随着智能制造工业的发展，机械手作为不可获取的机械设备，对于工业、制造业的可持续化发展具有非常重要的作用，机械手的工作效率直接影响了企业的竞争能力。多工序的机械手的提出，进一步推动了制造工业的智能化发展，提高企业竞争力。减速器作为机械手的重要设备，也发挥着一定的作用，不论是机械手还是多工序机械手，都是离不开减速器的，本文所探索的重点也是减速器多工序机械手结构的设计和成型。
 
1  多工序机械手
1.1机械手
机械手，也是一种人工智能操作，最早出现被称之为工业机器人，代替人工繁重的劳动来实现生产的机械化和自动化。工业机器人的出现，也就意味着智能化、机械化的生产。特别是一些具有危险性和污染性的操作，比如一些生产环境恶劣，会对人健康产生影响的工作。而工业机器人的运用，可以实现机械制造，比如电子生产、冶金或者原子等，更加安全，不会危害人的安全，也避免人工操作所出现的弊端。所以机械手的作用就是代替人的繁重劳动，提高效率。机械手的运用，不仅可以节约人工成本，也提高产品的品质和安全性能。
 
机械手也就是相当于人的手臂，最大的区别在于灵活度和耐力度，机械手可以长时间重复同一种动作，不会疲惫，是一种高科技自动生产设备。机械手有执行机构（手部、手臂、躯干）、驱动机构（液压式、气动式、电动式和机械式）和控制系统（控制工作顺序、运作时间、运动速度等）三大部分构成，这里的手就是用来抓持部件，可以根据抓取的物件的具体情况选择不同的抓取方式。
 
1.2多工序机械手
随着网络的发展，传统的机械手虽然也是人工智能操作，但是机械手在发展运用中，对于灵活性、精准度和作业空间也提出了更多的要求，也逐渐的改变单一的工作模式，为了进一步的满足生产的需求，提高工作效率，促进制造工业的智能化发展，相关的研究者也开始利用网络技术，探索多关节手臂，增加关节的数量，构造出兼有人和机器各自的优点。比如制造业中很多企业会选择使用机械手来进行搬运工作，需要的机械手灵活度比较高，另外也把机械手运用到加工中，并且可以做复杂的加工工序。也就是能够让机械手完成更多的加工工序，满足企业的智能化需求。因此多工序机械手就被提出。
 
2  减速器与多工序机械手
减速器在多工序机械手的设计制造中，具有重要的作用，多工序的设计要求：质量轻、体积要小，传动平稳，具有较高的灵活性、稳定性、安全性。一般都会在机械手的关节处安装减速器。因为多工序机械手一般会执行比较重复的动作，不断的完成相同的工序，为了机械手工作的质量，以及工艺质量，就对多工序机械手的定位精度和重复定位精度具有一定的要求。而减速器就是多工序机械手精度的保证，并且还能传递更大的扭矩。在多工序机械手运行过程中，负载比较大的情况下，如果光是提高电机的功率是划不着的，为了成本和运营效率，就会在一定的速度范围之内，利用减速器来提高输出的扭矩。而且如果电机长时间的处于低频运转，容易发热或者出现低频震动，所以也需要减速器来保证质量。减速器的存在让电机在一个合适的速度下运转，精准的将转速降到机械手各部位所需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。
 
目前对于减速器的运用，主要有RV减速器和谐波减速器，谐波减速器一般都是放在小臂、腕部或者机械手的手部位置，而RV减速器一般安装与机座、大臂和肩部等一些重负载的位置。一般多工序机械手在设计的过程中，需要根据工作机的选用条件、技术参数和动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、不同品种的减速器特点，选择最适合的减速器。因此一般多工序机械手，都被称之为减速器多工序机械手。
 
3  减速器多工序机械手结构设计与成型
减速器多工序机械手结构设计，其主要的目的就是实现一台机械手可以完成多台机械手的工作，进一步提高机械手的智能化。
 
3.1减速器多工序机械手结构设计
对于减速器多工序机械手结构设计，主要可以分为以下几个部分：
 
3.1.1机械手工作空间设计
机械手工作空间，也就是机械手性能的一个设计和确定，同时也是衡量机械手性能的一个技术指标，所以对于机械手结构的设计，一定要基于性能来考虑空间的设计。首先需要考虑的是工作的范围，因为是多工序，那么相比较传统的机械手，必定要增加工作范围，机械手手臂的前端位置不能过长，也不能过重，否则会影响机械手运行的稳定性。然后是空间上设计，在上述对多工序机械手分析的时候，就提出其要质量轻、体积小，所以空间要小。其次是除了考虑空间的形状，还需要满足机械手换刀系统，重视机械手内部的传动系统的传动效率。
 
3.1.2减速器多工序机械手结构的合理性
在结构设计上要合理，主要包括了机械手的各个手臂的长度、厚度以及电机的选型和减速器的选择。其中需要注意的是要尽最大可能的简化各个关节和传动机构，以此来提高稳定性和准确性。就比如目前机械手中常用的减速机构有行星齿轮减速结构，精密齿轮减速机构，行星齿轮减速机，结构紧凑、体积小、重量轻、精密度比较高，而且寿命长，具有很大的额定输出扭矩。而机械的手臂的长度、厚度，这些都要根据机械手的实际运用环境进行合理确定。
 
3.1.3减速器多工序机械手换刀系统
换刀系统的设计，多工序的机械手，可以完成多种工序，比如不仅可以搬运，也能实现装配、密封等工序。特别是在一些零件的加工中，对于多工序机械手实现了自动换刀系统。目前比较常见的有转塔式换刀系统、带盘式刀库的主轴直接换刀系统和带链式刀库的换刀机械手换刀系统。换刀系统是在每一个工序完成之后自动将下一工序所用的新刀具更换到主轴上。
 
机械手的换刀系统是通过刀库和机床协调完成的。具体来讲，把道具放在换刀架上，在换刀过程中，通过换刀板的左右平移实现道具位置的变换，实现换刀的目的。机械手工作中需要换刀的时候，采用前臂把刀板上刀具推到机械手中，实现装卡，前臂自动回位，等到下一次换刀的时候再运行。
 
需要注意的是：换刀系统的刀具，一定要满足刀具卡盘的要求，而且刀具的末端需要与前臂配合，并保证其能够夹紧。此外，机械手的臂部关节沿坐标轴的运动形式，设计的时候要以关节坐标为主，模拟人工特点。
 
3.1.4传动系统设计
减速器多工序机械手结构中的传动系统，有气压传动、电气传动和机械传动，通常对传动系统进行设计的时候，选择的是各种混合驱动方式，比如常见的机电气一体化、机械联动等。在传动系统设计中，需要考虑的是机械手的活动范围，需要满足360度的旋转，肘关节的上下不同角度的转动，腕关节的转动，以及手部的选装等方面。
 
工业机械手传动系统的实际运行为：机械手传动系统中，底部的传动是通过舵机带动联轴器，通过联轴器在带动底盘，实现底盘的旋转。机械手前臂的转动可以分为换刀系统和加工角度。加工角度主要是电机带动腕部关节旋转，刀头实现垂直旋转。
 
3.2减速器多工序机械手成型分析
在完成多工序机械手设计之后，需要进行进一步的成型。对于机械的设计，是先把多工序机械手进行一个划分，分为不同的系统，对各个系统进行一个设计和分析，最后把各个系统综合，形成一个完成的多工序机械手结构。成型之后还需要对其相关指标进行分析，确定满足实际操作质量要求，注塑成产自动化专门配置的机械，并运用到实际的生产中。对于多工序机械手的成型，还需要进行一个分析验证，确定相应的材料，以便后续的注塑。对机械手全面分析，比如手臂的受力，保证注塑之后的作用发挥。一般可以采用有限元法的分析，利用计算机技术，通过专业的软件进行仿真分析，也就是在软件中实现对其网格的划分，然后用有限个单元体集合组成原有的模型，分析各个单元节点和节点之间的相互关系。最后再对其进行整体的分析。并且还需要对其注塑材料进行分析，确定使用哪一种材料符合要求。
 
3.3减速器多工序机械手发展
机械手的发展，可以说是车间的变革，通过机械手提高产品的效益，是工业制造业智能化、自动化、精密化的体现。但是目前机械手发展还是比较慢，处于一个初级的阶段，比如对于工序上，目前基本上两臂和三臂机械手，阻止了自动化的进程。主要的原因就是成本高，相比较已经超过了人工成本。另一个原因就是技术水平落后，无法满足更多的需求。
 
随着市场需求的提高，还需要加强对多工序机械手的研究，加大投入力度，能够利用当前先进的网络技术，提高控制能力，积极的引进国外先进的技术和经验，来优化和创新我国机械手的相关技术，提高技术水平。
 
4  结束语
本文主要是研究减速器多工序机械手结构的设计与成型，通过对多工序机械手和减速器运用的阐述，对于其结构设计进行详细的分析，包括了工作的空间、结构的合理性、换刀系统、传动系统。在完成结构设计之后，也简单的做了成型分析，利用相应的软件和技术，分析各个结构的合理性，并且确定最合适的材料。目前对于减速器多工序机械手的研究相对比较少，也需要加强研究和设计，提高机械手的运行效率，促进制造工业的智能化发展，推动行业的进步。
 
参考文献：
[1]白晨媛.减速器的常见故障与维护方法研究
[2]李芹.工业机械手控制系统动作流程及其设计
[3]张军，张勇.机械手结构设计优化研究
[4]徐杭，田久乐，林炜轩.多工序机械手结构设计及有限元分析
[5]刘梅.机械手关节减速器的合理选择
 
作者：芮义皓 (上海电气集团自动化工程有限公司)