淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)的論文
機(jī)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(jī)械手的概念,發(fā)展歷史,以及機(jī)械手在國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài),并重點(diǎn)分析了機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì),以期為相關(guān)研究提供一定的借鑒。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)端研制的，1958年美國(guó)結(jié)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手，它的構(gòu)造是：機(jī)體上裝置一個(gè)回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的疾速開(kāi)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自動(dòng)化和智能化時(shí)期，機(jī)械手機(jī)器人的應(yīng)用能夠進(jìn)步勞動(dòng)消費(fèi)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(gòu)成。由于制造企業(yè)技術(shù)的不時(shí)進(jìn)步，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求越來(lái)越大，因此工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，其規(guī)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(qiáng)，正在向著成套技術(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(fèi)是無(wú)法到達(dá)工業(yè)化的大量請(qǐng)求，因而我們需求引進(jìn)機(jī)械手，來(lái)到達(dá)自動(dòng)化消費(fèi)，以進(jìn)步消費(fèi)效益。
一、工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)
機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，依據(jù)被抓持物件的外形、尺寸、重量、資料和作業(yè)請(qǐng)求而有多種構(gòu)造方式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、挪動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)完成規(guī)則的動(dòng)作，改動(dòng)被抓持物件的位置和姿態(tài)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)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(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自在度越多，機(jī)械手的靈敏性越大，通用性越廣，其構(gòu)造也越復(fù)雜，普通專(zhuān)用機(jī)械手有2～3個(gè)自在度。控制系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自在度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作，同時(shí)接納傳感器反應(yīng)的信息，構(gòu)成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的中心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，經(jīng)過(guò)對(duì)其編程完成所要功用。
機(jī)械手的品種，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。由于工業(yè)機(jī)械手重在應(yīng)用，就單從適用范圍扼要闡明了機(jī)械手的用處，機(jī)械手按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種：
一是專(zhuān)用機(jī)械手，它是隸屬于主機(jī)的、具有固定程序而無(wú)獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械安裝。專(zhuān)用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對(duì)象單一、構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)用牢靠和造價(jià)低等特性，適用于大批量的自動(dòng)化消費(fèi)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手和加工中心。
二是通用機(jī)械手，它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈敏多樣的機(jī)械手。在性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，經(jīng)過(guò)調(diào)整可在不同場(chǎng)所運(yùn)用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不時(shí)變換消費(fèi)種類(lèi)的中小批量自動(dòng)化的消費(fèi)。通用機(jī)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(xù)控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，普通的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類(lèi)型。
二、工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用
機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加安裝，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)消費(fèi)線上裝卸和傳送工件，在加工中心中改換刀具等，普通沒(méi)有獨(dú)立的控制安裝。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步開(kāi)展鍛造設(shè)備的消費(fèi)才能，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手在工業(yè)制造范疇的應(yīng)用主要讓機(jī)器人在機(jī)械制造業(yè)中替代人完成大批量、高質(zhì)量請(qǐng)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(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)）的制造等。化工等行業(yè)自動(dòng)化消費(fèi)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝等工作，也有局部是由機(jī)器人完成的。
隨著工業(yè)機(jī)械化水平的.不時(shí)進(jìn)步，工業(yè)機(jī)械手曾經(jīng)普遍應(yīng)用到現(xiàn)代化制造的許多行業(yè)，例如，我國(guó)的汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電器行業(yè)等范疇都在運(yùn)用工業(yè)機(jī)械手停止加工制造。在工業(yè)消費(fèi)中，弧焊機(jī)器人、電焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量運(yùn)用。在制造業(yè)中，特別是在汽車(chē)行業(yè)，如在毛坯制造、機(jī)械加工、焊接、熱處置、外表涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)等作業(yè)中，機(jī)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(dāng)大，也是率先普遍應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的范疇。目前，國(guó)內(nèi)一些大型制造企業(yè)，如比亞迪、富士康等均已將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到消費(fèi)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(jī)械手投入消費(fèi)上的加工。像ABB、KUKA、FANUC機(jī)械手、MOTOMAN機(jī)械手等，這些機(jī)械手被普遍用于電子產(chǎn)品的裝配、貨物搬運(yùn)、汽車(chē)部件的焊接等方面，從當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用開(kāi)展現(xiàn)狀和趨向，能夠看出整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)展前景是十分好的。
由于工業(yè)機(jī)械手具有很高的靈敏度和耐力度，消費(fèi)復(fù)雜，價(jià)位也比擬高，因而工業(yè)機(jī)械手的定位主要是中高端應(yīng)用。現(xiàn)有的裝夾機(jī)械手為了到達(dá)所請(qǐng)求的通用性，在構(gòu)造、控制以及最后的制造上常常比擬復(fù)雜，因而價(jià)錢(qián)也比擬昂貴。本文對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)已有的專(zhuān)利停止研討，如中國(guó)國(guó)度學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)局2008年發(fā)布了一項(xiàng)創(chuàng)造專(zhuān)利：自動(dòng)上下料機(jī)械手（公開(kāi)號(hào)：CN101168251），其主要有定位、夾緊和翻轉(zhuǎn)三局部組成，夾緊部件與滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)，滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定銜接，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與定位機(jī)構(gòu)滑塊限位銜接，定位氣缸與導(dǎo)軌分別固定于頂板上；運(yùn)用橫跨構(gòu)造，位于數(shù)控機(jī)床的上部；只是在滑塊上設(shè)有檔塊來(lái)調(diào)理定位角度，需配定位置。中國(guó)國(guó)度學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)局2008年還發(fā)布了一項(xiàng)適用新型專(zhuān)利：全自動(dòng)送料數(shù)控機(jī)械手（公開(kāi)號(hào)：CN201079955），其運(yùn)用送料臂的機(jī)構(gòu)，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(zhuǎn)式相連，送料臂和箱體之間銜接有拉力氣缸，送料臂上還設(shè)有從動(dòng)壓輪和復(fù)合凸輪；定位采用信號(hào)測(cè)試桿、接近開(kāi)關(guān)等；為滿足不同產(chǎn)品消費(fèi)，運(yùn)用了可調(diào)整復(fù)合凸輪的外周外形。上面兩項(xiàng)專(zhuān)利都是基于數(shù)控機(jī)床和盡量進(jìn)步經(jīng)濟(jì)適用性而設(shè)計(jì)的，但也還有一些問(wèn)題：為進(jìn)步通用性，雖設(shè)有可調(diào)機(jī)構(gòu)，但可調(diào)范圍受局限，比方自動(dòng)上下料機(jī)械手采用橫跨構(gòu)造，機(jī)械手的位置相對(duì)可調(diào)范圍比擬小；而全自動(dòng)送料數(shù)控機(jī)械手則采用可調(diào)整復(fù)合凸輪，受限也較大；由于構(gòu)造的限制，機(jī)械手的裝置位置配合請(qǐng)求較高，且調(diào)整較艱難；機(jī)械手的構(gòu)造外形相對(duì)固定，拆卸較繁瑣。由此看來(lái)，工業(yè)機(jī)械手的制造尚處在初級(jí)階段，還有很多方面需求改良，以更好的順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化的需求。
三、結(jié)語(yǔ)
從當(dāng)前工業(yè)機(jī)械手在制造業(yè)上的應(yīng)用開(kāi)展現(xiàn)狀能夠看出將來(lái)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用前景普遍，為此，我國(guó)應(yīng)加大對(duì)工業(yè)機(jī)械手的自主研發(fā)力度，增強(qiáng)科技創(chuàng)新，以緊跟時(shí)期步伐，使中國(guó)的工業(yè)機(jī)械化走在國(guó)際前沿。
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