淺析機械手的應(yīng)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(nèi)外的研究動態(tài),并重點分析了機械手的發(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端研制的，1958年美國結(jié)合控制公司研制出第一臺機械手，它的構(gòu)造是：機體上裝置一個回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。隨著計算機和自動控制技術(shù)的疾速開展，農(nóng)業(yè)機械將進入高度自動化和智能化時期，機械手機器人的應(yīng)用能夠進步勞動消費率和產(chǎn)質(zhì)量量，改善勞動條件，處理勞動力缺乏等問題構(gòu)成。由于制造企業(yè)技術(shù)的不時進步，對工業(yè)機器人的需求越來越大，因此工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍也越來越廣，其規(guī)范化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的水平越來越高，功用也越來越強，正在向著成套技術(shù)和配備的方向開展。在科學(xué)技術(shù)高速開展的今天，憑仗單一的人工化消費是無法到達工業(yè)化的大量請求，因而我們需求引進機械手，來到達自動化消費，以進步消費效益。
一、工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)和分類
機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來抓持工件（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)請求而有多種構(gòu)造方式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、挪動或復(fù)合運動來完成規(guī)則的動作，改動被抓持物件的位置和姿態(tài)。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自在度。為了抓取空間中恣意位置和方位的物體，需有6個自在度。自在度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自在度越多，機械手的靈敏性越大，通用性越廣，其構(gòu)造也越復(fù)雜，普通專用機械手有2～3個自在度。控制系統(tǒng)是經(jīng)過對機械手每個自在度的電機的控制，來完成特定動作，同時接納傳感器反應(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或dsp等微控制芯片構(gòu)成，經(jīng)過對其編程完成所要功用。
機械手的品種，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。由于工業(yè)機械手重在應(yīng)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用機械手和通用機械手兩種：
一是專用機械手，它是隸屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械安裝。專用機械手具有動作少、工作對象單一、構(gòu)造簡單、運用牢靠和造價低等特性，適用于大批量的自動化消費的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、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(tǒng)的、程序可變的'、動作靈敏多樣的機械手。在性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，經(jīng)過調(diào)整可在不同場所運用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不時變換消費種類的中小批量自動化的消費。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種：簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制，伺服型能夠是點位的，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械手屬于數(shù)控類型。
二、工業(yè)機械手的應(yīng)用
機械手通常用作機床或其他機器的附加安裝，如在自動機床或自動消費線上裝卸和傳送工件，在加工中心中改換刀具等，普通沒有獨立的控制安裝。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步開展鍛造設(shè)備的消費才能，改善熱、累等勞動條件。機械手在工業(yè)制造范疇的應(yīng)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)自動化消費線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝等工作，也有局部是由機器人完成的。
隨著工業(yè)機械化水平的不時進步，工業(yè)機械手曾經(jīng)普遍應(yīng)用到現(xiàn)代化制造的許多行業(yè)，例如，我國的汽車及汽車零部件制造業(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)機器人的范疇。目前，國內(nèi)一些大型制造企業(yè)，如比亞迪、富士康等均已將工業(yè)機器人應(yīng)用到消費車間，并大范圍投放。像上海、深圳、廣東等這些電子和汽車業(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、汽車部件的焊接等方面，從當(dāng)前工業(yè)機器人的應(yīng)用開展現(xiàn)狀和趨向，能夠看出整個工業(yè)機器人的開展前景是十分好的。
由于工業(yè)機械手具有很高的靈敏度和耐力度，消費復(fù)雜，價位也比擬高，因而工業(yè)機械手的定位主要是中高端應(yīng)用。現(xiàn)有的裝夾機械手為了到達所請求的通用性，在構(gòu)造、控制以及最后的制造上常常比擬復(fù)雜，因而價錢也比擬昂貴。本文對我國國內(nèi)已有的專利停止研討，如中國國度學(xué)問產(chǎn)權(quán)局2008年發(fā)布了一項創(chuàng)造專利：自動上下料機械手（公開號：CN101168251），其主要有定位、夾緊和翻轉(zhuǎn)三局部組成，夾緊部件與滑動驅(qū)動器相聯(lián)，滑動驅(qū)動器與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)固定銜接，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)與定位機構(gòu)滑塊限位銜接，定位氣缸與導(dǎo)軌分別固定于頂板上；運用橫跨構(gòu)造，位于數(shù)控機床的上部；只是在滑塊上設(shè)有檔塊來調(diào)理定位角度，需配定位置。中國國度學(xué)問產(chǎn)權(quán)局2008年還發(fā)布了一項適用新型專利：全自動送料數(shù)控機械手（公開號：CN201079955），其運用送料臂的機構(gòu)，送料臂的一頭裝置在箱體，另一頭與送料鉗經(jīng)過銷釘旋轉(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)有從動壓輪和復(fù)合凸輪；定位采用信號測試桿、接近開關(guān)等；為滿足不同產(chǎn)品消費，運用了可調(diào)整復(fù)合凸輪的外周外形。上面兩項專利都是基于數(shù)控機床和盡量進步經(jīng)濟適用性而設(shè)計的，但也還有一些問題：為進步通用性，雖設(shè)有可調(diào)機構(gòu)，但可調(diào)范圍受局限，比方自動上下料機械手采用橫跨構(gòu)造，機械手的位置相對可調(diào)范圍比擬小；而全自動送料數(shù)控機械手則采用可調(diào)整復(fù)合凸輪，受限也較大；由于構(gòu)造的限制，機械手的裝置位置配合請求較高，且調(diào)整較艱難；機械手的構(gòu)造外形相對固定，拆卸較繁瑣。由此看來，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(yīng)現(xiàn)代機械化的需求。
三、結(jié)語
從當(dāng)前工業(yè)機械手在制造業(yè)上的應(yīng)用開展現(xiàn)狀能夠看出將來工業(yè)機械手的應(yīng)用前景普遍，為此，我國應(yīng)加大對工業(yè)機械手的自主研發(fā)力度，增強科技創(chuàng)新，以緊跟時期步伐，使中國的工業(yè)機械化走在國際前沿。
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