目前國內的空心線圈的制造主要是通過手工將線板纏繞到線板上，不僅需要人工投資，而且纏繞誤差會導致廢鋼率的增加，總的來說，中國空心線圈的生產效率很低。國外在生產空心線圈方面比較成熟，空心線圈生產線主要依靠多臺自動化設備來完成配合，其中機器人送料和精密機對線圈的精密纏繞至關重要。因此，空心線圈繞線機機械手的合理優化設計是保證空心線圈正常高效生產的關鍵因素。

1、主要研究內容

空心線圈的生產線離不開機械手的高效應用，線圈繞線后成為半成品，此時需要將線圈加工成成品。但是，剛剛加工成半成品的線圈溫度非常高，需要人工拆卸，然后安裝在精密機上，需要花費大量的時間。本研究的目的是設計一個可以多角度移動的機械手系統。在線圈的生產過程中，進行了仿真。根據仿真結果，確定了一套優化方案，使機械手能夠完成從上裝裝置到精密機床主軸的一系列運動。具體研究內容如下:

(1)調查目前幾種裝卸機械手的特點和優缺點，根據所要完成的功能和幾種機械手的工作原理，確定設計目標和優化路線，確定設計方案。

(2)根據設計方案和機械手的動作進行結構設計，對機械手的連接零件進行仿真，對零件的變形和應力云圖進行演示和分析，對零件的動態性能進行分析，確定選用的材料。

(3)優化確定的機械手的參數，提高運動副的傾覆力矩，降低機械手零件的受力，提高生產線的使用壽命。

(4)利用solidworks、ANSYS等軟件對機械手進行仿真分析，驗證各部件的設計是否合理，并利用拓撲優化方法對不合理的結構進行改進，提高機械手的精度，降低制造成本。

2. 機械手總體方案設計

2.1裝卸機械手系統方案設計

2.1.1繞線原理

線圈的生產主要依靠斜繞法，這種繞法的優點是繞線簡單，不需要額外的動作，而且線圈的繞線緊密，這種斜繞法非常適合線圈的批量生產。根據實際需要，在生產不同直徑的線圈時，如果線圈的直徑發生了變化，只需要更換相應的線圈芯軸套筒，不同型號的線圈對應不同尺寸的芯軸。在加工線圈的過程中，線嘴沿芯軸作直線運動，電機帶動芯軸勻速旋轉，生產出來的銅線軌跡為對角線。

2.1.2線圈生產的主要工藝流程

未加工的線圈由機械手安裝在主軸上，然后繞線機通過傾斜繞線的方法將銅線繞到線圈上，再通過精密機主軸，再到精密機精密線圈上，最后完成線圈的制作。本研究需要設計上下料機械手，旨在使機械手能與繞線機、精密機配合，完成線圈的自動化生產。在設計初期，需要確定裝卸所需的空間和對接位置，即繞線機端圈芯筒套筒軸與精密機主軸之間的位置關系。在確定位置和對接關系后，根據實際情況設計機械手的位置和各個動作，不僅可以解決空間問題，還可以盡可能地節省能源和降低成本。