淺析機械手的應用與發(fā)展趨勢的論文
機械手是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一個(gè)部分,本文主要探討了機械手的概念,發(fā)展歷史,以及機械手在國內外的研究動(dòng)態(tài),并重點(diǎn)分析了機械手的發(fā)展趨勢,以期為相關(guān)研究提供一定的借鑒。
機械手首先是從美國開(kāi)端研制的，1958年美國結合控制公司研制出第一臺機械手，它的構造是：機體上裝置一個(gè)回轉臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統是示教形的。隨著(zhù)計算機和自動(dòng)控制技術(shù)的疾速開(kāi)展，農業(yè)機械將進(jìn)入高度自動(dòng)化和智能化時(shí)期，機械手機器人的應用能夠進(jìn)步勞動(dòng)消費率和產(chǎn)質(zhì)量量，改善勞動(dòng)條件，處理勞動(dòng)力缺乏等問(wèn)題構成。由于制造企業(yè)技術(shù)的不時(shí)進(jìn)步，對工業(yè)機器人的需求越來(lái)越大，因此工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)應用范圍也越來(lái)越廣，其規范化、模塊化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化的水平越來(lái)越高，功用也越來(lái)越強，正在向著(zhù)成套技術(shù)和配備的方向開(kāi)展。在科學(xué)技術(shù)高速開(kāi)展的今天，憑仗單一的人工化消費是無(wú)法到達工業(yè)化的大量請求，因而我們需求引進(jìn)機械手，來(lái)到達自動(dòng)化消費，以進(jìn)步消費效益。
一、工業(yè)機械手的結構和分類(lèi)
機械手主要由手部、運動(dòng)機構和控制系統三大局部組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，依據被抓持物件的外形、尺寸、重量、資料和作業(yè)請求而有多種構造方式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動(dòng)機構使手部完成各種轉動(dòng)（擺動(dòng)）、挪動(dòng)或復合運動(dòng)來(lái)完成規則的動(dòng)作，改動(dòng)被抓持物件的位置和姿態(tài)。運動(dòng)機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動(dòng)方式，稱(chēng)為機械手的自在度。為了抓取空間中恣意位置和方位的物體，需有6個(gè)自在度。自在度是機械手設計的關(guān)鍵參數。自在度越多，機械手的靈敏性越大，通用性越廣，其構造也越復雜，普通專(zhuān)用機械手有2～3個(gè)自在度。控制系統是經(jīng)過(guò)對機械手每個(gè)自在度的電機的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作，同時(shí)接納傳感器反應的信息，構成穩定的閉環(huán)控制。控制系統的中心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，經(jīng)過(guò)對其編程完成所要功用。
機械手的品種，按驅動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機械式機械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機械手和通用機械手兩種；按運動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續軌跡控制機械手等。由于工業(yè)機械手重在應用，就單從適用范圍扼要闡明了機械手的用處，機械手按適用范圍可分為專(zhuān)用機械手和通用機械手兩種：
一是專(zhuān)用機械手，它是隸屬于主機的、具有固定程序而無(wú)獨立控制系統的機械安裝。專(zhuān)用機械手具有動(dòng)作少、工作對象單一、構造簡(jiǎn)單、運用牢靠和造價(jià)低等特性，適用于大批量的自動(dòng)化消費的自動(dòng)換刀機械手，如自動(dòng)機床、自動(dòng)線(xiàn)的上、下料機械手和加工中心。
二是通用機械手，它是一種具有獨立控制系統的、程序可變的'、動(dòng)作靈敏多樣的機械手。在性能范圍內，其動(dòng)作程序是可變的，經(jīng)過(guò)調整可在不同場(chǎng)所運用，驅動(dòng)系統和控制系統是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不時(shí)變換消費種類(lèi)的中小批量自動(dòng)化的消費。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種：簡(jiǎn)易型以“開(kāi)一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制，伺服型能夠是點(diǎn)位的，也能夠完成連續控制，伺服型具有伺服系統定位控制系統，普通的伺服型通用機械手屬于數控類(lèi)型。
二、工業(yè)機械手的應用
機械手通常用作機床或其他機器的附加安裝，如在自動(dòng)機床或自動(dòng)消費線(xiàn)上裝卸和傳送工件，在加工中心中改換刀具等，普通沒(méi)有獨立的控制安裝。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進(jìn)一步開(kāi)展鍛造設備的消費才能，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機械手在工業(yè)制造范疇的應用主要讓機器人在機械制造業(yè)中替代人完成大批量、高質(zhì)量請求的工作，如汽車(chē)制造、艦船制造及某些家電產(chǎn)品（電視機、電冰箱、洗衣機）的制造等。化工等行業(yè)自動(dòng)化消費線(xiàn)中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統的搬運、包裝等工作，也有局部是由機器人完成的。
隨著(zhù)工業(yè)機械化水平的不時(shí)進(jìn)步，工業(yè)機械手曾經(jīng)普遍應用到現代化制造的許多行業(yè)，例如，我國的汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電器行業(yè)等范疇都在運用工業(yè)機械手停止加工制造。在工業(yè)消費中，弧焊機器人、電焊機器人、裝配機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量運用。在制造業(yè)中，特別是在汽車(chē)行業(yè)，如在毛坯制造、機械加工、焊接、熱處置、外表涂覆、上下料、裝配、檢測等作業(yè)中，機器人已逐漸取代人工作業(yè)。汽車(chē)行業(yè)首先是代表高技術(shù)的范疇，投入也是相當大，也是率先普遍應用工業(yè)機器人的范疇。目前，國內一些大型制造企業(yè)，如比亞迪、富士康等均已將工業(yè)機器人應用到消費車(chē)間，并大范圍投放。像上海、深圳、廣東等這些電子和汽車(chē)業(yè)比擬興旺的沿海城市更是大范圍的把機械手投入消費上的加工。像ABB、KUKA、FANUC機械手、MOTOMAN機械手等，這些機械手被普遍用于電子產(chǎn)品的裝配、貨物搬運、汽車(chē)部件的焊接等方面，從當前工業(yè)機器人的應用開(kāi)展現狀和趨向，能夠看出整個(gè)工業(yè)機器人的開(kāi)展前景是十分好的。
由于工業(yè)機械手具有很高的靈敏度和耐力度，消費復雜，價(jià)位也比擬高，因而工業(yè)機械手的定位主要是中高端應用。現有的裝夾機械手為了到達所請求的通用性，在構造、控制以及最后的制造上常常比擬復雜，因而價(jià)錢(qián)也比擬昂貴。本文對我國國內已有的專(zhuān)利停止研討，如中國國度學(xué)問(wèn)產(chǎn)權局2008年發(fā)布了一項創(chuàng )造專(zhuān)利：自動(dòng)上下料機械手（公開(kāi)號：CN101168251），其主要有定位、夾緊和翻轉三局部組成，夾緊部件與滑動(dòng)驅動(dòng)器相聯(lián)，滑動(dòng)驅動(dòng)器與翻轉機構固定銜接，翻轉機構與定位機構滑塊限位銜接，定位氣缸與導軌分別固定于頂板上；運用橫跨構造，位于數控機床的上部；只是在滑塊上設有檔塊來(lái)調理定位角度，需配定位置。中國國度學(xué)問(wèn)產(chǎn)權局2008年還發(fā)布了一項適用新型專(zhuān)利：全自動(dòng)送料數控機械手（公開(kāi)號：CN201079955），其運用送料臂的機構，送料臂的一頭裝置在箱體，另一頭與送料鉗經(jīng)過(guò)銷(xiāo)釘旋轉式相連，送料臂和箱體之間銜接有拉力氣缸，送料臂上還設有從動(dòng)壓輪和復合凸輪；定位采用信號測試桿、接近開(kāi)關(guān)等；為滿(mǎn)足不同產(chǎn)品消費，運用了可調整復合凸輪的外周外形。上面兩項專(zhuān)利都是基于數控機床和盡量進(jìn)步經(jīng)濟適用性而設計的，但也還有一些問(wèn)題：為進(jìn)步通用性，雖設有可調機構，但可調范圍受局限，比方自動(dòng)上下料機械手采用橫跨構造，機械手的位置相對可調范圍比擬小；而全自動(dòng)送料數控機械手則采用可調整復合凸輪，受限也較大；由于構造的限制，機械手的裝置位置配合請求較高，且調整較艱難；機械手的構造外形相對固定，拆卸較繁瑣。由此看來(lái)，工業(yè)機械手的制造尚處在初級階段，還有很多方面需求改良，以更好的順應現代機械化的需求。
三、結語(yǔ)
從當前工業(yè)機械手在制造業(yè)上的應用開(kāi)展現狀能夠看出將來(lái)工業(yè)機械手的應用前景普遍，為此，我國應加大對工業(yè)機械手的自主研發(fā)力度，增強科技創(chuàng )新，以緊跟時(shí)期步伐，使中國的工業(yè)機械化走在國際前沿。
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