根据多工位级进模排样图设计的原则，还应全面细致地考虑其他一些因素。因人工送料时，每一次送进的步距或多或少，因此在排样设计时，首先要考虑侧刃挡料。但对于成卷带料，其纤维方向是固定的，因此在多工位级进模排样图设计时，由排样方位来解决。当不便于斜排时，征得产品设计师同意，可适当加大弯曲制件的内圆半径。所以在设计排样图时应尽量使废料达到最少。......
2023-06-26
机械手设计与关键考虑因素
【摘要】：例如，如果在设计机械手时完全忽略工件的表面特性，则在生产的抓取过程中可能会对工件表面造成损坏。这意味着从机械手接收的关于工件的反馈与确保高过程可靠性相关。使用经认可的润滑剂在食品工业中尤为重要，因为机械手与工件紧密或直接接触。特殊的机械手结构通常在以符合与抓取任务相关的某些工件中应用，以满足安装或环境条件的要求。如果出现意外而导致系统工作停止，必须防止工件从机械手中掉落甚至造成人身伤害。
从技术上讲，机械手在搬运技术方面有一个主要任务。20世纪80年代，VDI协定2860定义了如下功能：
“机械手是工业机器人的子系统，它在一段时间内抓住有限数量的几何定义工件，即它确保工件相对于工具或夹具系统的位置和方向以及坐标。这种维持功能通常在移动过程之前建立，在移动过程中维持，最后通过释放工件来撤销。”
从今天的角度来看，这种定义范围需要扩大。现代机械手设计和传感器集成的引入也使得可以通过与工件的直接接触来收集关于工件和搬运过程的信息。本章将研究搬运技术中存在的抓取应用范围以及各种环境条件。
仔细研究人类抓取（见第1章）可以清楚地看出，抓住的功能仅代表一系列功能的一部分，或者至少忽略了与工件直接接触的巨大潜力。在儿童早期，人类主要受到触觉的影响，触摸和抓握等先天的反馈使婴儿能够感知到他们的直接环境（图3.1）。抓取帮助个人了解周围的世界。在英语中，“掌握”（grasp）一词意味着使用触觉来理解一系列环境，作为解决问题的第一步。如果某人对某个主体有“良好的控制”，那就意味着其对这个概念有了深刻的理解。
图3.1 抓取反射迫使婴儿抓住他前面的手指，帮助他获得经验和对周围环境的感知
与仅仅抓住产品或工件相比，抓取在我们的语言中具有更广泛的定义。转化为日常生产活动，这意味着精确分析搬运对象即工件是特别重要的，以便为有价值的技术解决方案的开发做出贡献。
例如，如果在设计机械手时完全忽略工件的表面特性，则在生产的抓取过程中可能会对工件表面造成损坏。以安全为目的可以认为对工件的精确分析必须成为我们检验抓取技术的起点。
虽然婴儿的第一次抓取动作可能涵盖比生产中发现的所有要求更广泛的功能，但抓取技术系统（见第2章）的发展表明，现代抓取要求远远超出仅仅抓住工件的要求，获取有关工件及其质量的信息变得越来越重要。有关运动、环境条件和工件行为的更多信息有助于搬运过程变得更安全、更可重复且设计更快。这意味着从机械手接收的关于工件的反馈与确保高过程可靠性相关。对无差错生产的不断增长的需求可能意味着抓取技术正在产品接口上承担关键任务。
是否使用人手或是机械手，每个抓取任务被以下准则所影响：抓取任务的工作环境；工件特质；在抓取防止操作过程中工件的状态。
抓取任务的总体环境条件是为特定抓取任务选择合适机械手的先决条件，可能包括为实现自动化任务的经济解决方案所需的打开和关闭的预设目标时间等条件。环境条件还决定了机械手所需的特征。例如，在抓取过程中将反馈信息发送到整个系统。
环境条件还包括影响搬运过程的任何影响因素，并且可能对工序产生不利影响。例如，如果搬运过程需要在潮湿环境中进行，则应相应地设计机械手（图3.2）。这同样适用于具有特殊洁净度要求环境中的搬运工序，例如医疗技术。通过设计工程规范和高制造精度，可以实现一般要求，例如实现指定的使用寿命和有限的维护费用。
环境条件不再直接用于科学描述或以更精确的方式定义。本章中提到的有关个人抓取情况的条件仅用于帮助提供更全面的问题视角。
搬运过程发生的环境条件总是带来特殊挑战。
图3.2 抓取任务的工作环境
例如，环境或工件中的极端温度条件、干扰颗粒的特殊纯度要求以及搬运过程所规定的节拍时间等因素都可能使任务的技术执行变得复杂或不那么经济。由于扩展的规定要求和搬运设备不断提高的速度，过去几年来搬运的安全性问题已经凸显出来。
机械手的能量供给已成为能源效率辩论中的热门话题。作为更昂贵的能源供应形式，许多公司正试图减少压缩空气的使用，而以电动元件来替代。使用经认可的润滑剂在食品工业中尤为重要，因为机械手与工件紧密或直接接触。
其他影响抓取任务的准则，例如工件特征、工件属性和夹紧或放置情况下的工件状态，可以系统地检测并在技术层面上进行描述(表3.1)。在技术描述中对某些工件存在一些限制，如在500 g原料肉块的描述中。但是，这种搬运应用的任务可以很容易地描述其基本功能，如抓取和放置时的几何形状、质量和当前状态。
作为搬运技术的组成部分，夹持通常用“确保”来描述。可以使用用于抓紧或放开的符号。抓紧或放开的基本功能由术语“夹紧”和“松开”补充，其中包括力锁夹紧和保持力以及形位结合抓取和松开。
以下部分将首先检查具有影响作用的工件参数（表3.1）。即使工件本身由于操作工序不产生变化，也会在其过程中使用“工件”这个术语。因此，工件可以是已完成的产品或目前正在生产中仍在进行加工的部件，在运输过程中也可以进行机械加工。
表3.1 影响抓取任务的参数
本章重点介绍使用各种抓取原理的机械抓取结构。模拟人类抓握的机械抓取技术将在后续各节中描述。将引入各种机械手设计作为抓取模块，从工件上的接触面开始——机械手手指，将展现机械抓取的最重要参数。
特殊的机械手结构通常在以符合与抓取任务相关的某些工件中应用，以满足安装或环境条件的要求。这些也将在以下章节中作为示例提及。
在过去几年中，机械手传感器已成为一个越来越重要的主题。它们既用于检测抓取过程，也用于提供数据以确保整个搬运工序（图3.3）。
图3.3 机械手主要参数
记录此数据有助于防止错误并实现生产中的可追溯性，甚至可以使用现代传感器技术对搬运过程施加作用。
抓取和搬运过程中的安全性主题也与传感器系统密切相关（表3.2），将在本章末尾讨论。目前的CE标志与风险分析相关联，其中机械手被认为是必不可少的机器人系统组件。如果出现意外而导致系统工作停止，必须防止工件从机械手中掉落甚至造成人身伤害。
表3.2 以安全为目的的搬运功能 （来源： VDI）
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2023-06-15
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