浅谈机械手在注塑包装行业的应用

周锐焓

摘要:在现代工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展，高度的自动化已经成为现代企业生产中的重要支柱。无人车间、无人生产流水线等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的复杂生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下环境作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和经济效益的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，按预先设置好的程序抓取，搬运物件或操作工具。本文主要对机械手进行了介绍，讲述了其在注塑行业中的应用情况，对机械手的发展趋势进行了分析。

关键词：注塑机械手；应用；发展趋势

1.绪论

塑胶在我国工业生产上占据重要的地位。塑胶的成型包括：注塑成型、吸塑成型、吹塑成型、押出成型、压铸成型等，注塑成型应用最为广泛，在汽车、通讯、电子、电气、家电、医疗、化妆品、日用品、办公用品等行业极为普及。传统的注塑成型工艺，由最早人工合模成型，到注塑机油压合模成型，演变成今天的电脑控制成型工艺，进步反应在产品工艺质量、外观，还有成型效率等。注塑成型领域竞争日趋白热化，成型质量与效率关系企业生存；成型质量与注塑机本身性能、模具工艺及周边环境有关，成型效率与模具精度、成型工艺、生产数量有关。随着注塑机操作人员日趋供应紧张，人工生产成本的增加，注塑机取出机械手应用得越来越广泛。目前国内的机械手类型比较简单，且大都用于取件。随着注塑成型工业的发展，有越来越多的机械手用于上料、混合、自动装卸模具、回收废料等各个工序，而且将朝着智能化方向发展。

2.注塑机械手简介

注塑机械手是应用在注塑生产领域的智能机器人。相比人工操作,注塑机械手能够使厂家从容应对人工流失率高、交货周期短、安全问题等多方面的挑战,高速、灵活、高负载的机械手不仅能够完成自动化生产,更能较大程度的提高产品效率。

注塑机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高注塑成型机的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。

塑胶成型自动化的应用极为普遍，机械手在应用过程中主要有以下用途：

1、机械手取出模内产品，取代人将原来半自动生产转向全自动化生产；

2、机械手模外取产品，模内埋入产品；

3、机械手取出后之自动包装，自动入库。

因成型产品各异，自动化应用也非常繁杂因能够取代人力效率低下，保证成型产品工艺。注塑机取出机械手便是成型自动化中应用最为广泛的。机械手分双臂回斜式机械手、回斜式机械手、双截单臂回斜式机械手、立式注塑机专用机械手、单臂回斜式机械手、中型一轴伺服横走式机械手、中型两轴伺服横走式机械手、CNC悬挂式全伺服机械手、CNC开放式全伺服机械手、中型三轴牛头式伺服机械手、重型三轴牛头式机械手、重型三轴牛头式伺服机械手等，类型丰富。注塑机器人的研制成功及投入使用，推动了注塑生产线自动化设备的国产化，增强了国内企业产品在国际市场上的竞争力，成为注塑机辅机行业的新经济增长点，通过注塑机械手的不断发展，可以带动如输送带等自动化工厂辅助设备的发展，因此形成一个更大的产业链，推动整个注塑行业的发展。

2.1执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成可移动的。手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴，可把运动传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。机械手手部的构造系统模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘；手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位；躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。

2.2驱动机构

机械手所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。注塑包装行业中，气动技术在各种自动化包装生产线上广泛应用。

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递的工程技术，是实现各种生产控制与自动控制的重要手段之一。气动系统的使用安全、可靠，可以在恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂动作等优点。

可编程控制技术与气动技术相互结合，使整个系统自动化程度更高，控制更加灵活，性能更可靠。气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更高的要求。微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制的时代，控制精度也不断提高。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

3.机械手分类

在注塑工业中适用的机械手按其智能程度可以分为以下两种类型：

1、基本型注塑机械手，该类型机械手一般包括固定模式程序和按生产工艺需求的教导模式程序。固定模式程序涵盖了目前注塑生产的几种标准工艺，利用工业控制器来做简单、规则和重复的动作。教导模式程序是特意为生产工艺特殊的注塑机适用，通过把基本动作的有序而安全的编排达到成功取物的目的。

2、智能型注塑机械手，该类型机械手一般包括多点记忆置放、任意点待机、较多自由度等功能，一般采用伺服驱动，能够进行最大限度的仿人执行比较复杂的操作，还可以通过配备先进的传感器，让其具有视觉、触觉和热觉功能，使其成为具有很高智能的注塑机器人。

4.机械手的发展趋势

目前，随着注塑业的不断发展，产品的要求越来越高，模具呈现一模多腔的趋势，因此对于注塑机械手来说就必须要解决这些难题。机械手的发展前景广阔，需不断提升相应技术要求：

(1)工业机械手可继续改进，高速、高精度、高可靠性、易操作和维护。

(2)机械结构的模块化，可重构开发。

(3)工业机械手控制系统在基于PC机的开放式控制系统的方向发展，便于标准化和网络化设备；集成控制柜的改进、结构紧凑、模块化结构，提高了系统的可靠性、可操作性和可维护性。

(4）传感器起着重要的作用，装配、焊接机器人还用于视觉、触觉传感器和使用融合技术的远程机器人；在产品配置系统的多传感器融合技术已经成熟的应用。

(5）虚拟现实技术在机械手的仿真，从开发到排练的过程控制，如遥控器操作人员在操作环境中的遥控器的感觉。

(6）当代遥控机器人系统的发展特点是非自治系统的人机交互控制的追求，是致力于运营商和机械手，形成一个完整的系统，智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

结束语:

随着注射成型技术发展迅猛，新技术、新设备层出不穷，高度电脑化、自动化、单机多功能化、辅助设备多样化、组合迅速且安装维修保养便利将成为趋势。全电动注塑机、油电复合型注塑机、气辅和水辅注塑成型技术、多层注塑技术方兴末艾。用于瓶坯、光盘、磁性材料以及生产特种工程塑料薄壁产品的专用注塑机将愈来愈重要。当然随着网络技术的发展，机械手的联网操作问题也是以后发展的方向。相信不久的将来智能注塑机械手就会普及，那时注塑工业就能真正实现自动化发展。