机械手的发展史.doc

机械手发展概述机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质 量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用1机械手发展史机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置它是机器人的一个 重要分支它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和 机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性在现代生产过程中，机械手被广泛的运 用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳 动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多 部门的重视，并越来越广泛地得到了应用机械手首先是从美国开始研制的1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手 它 的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教 形的1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械Un imate照坦克炮 制系统用磁 这个基础上 功一种叫 转、升降采 现在六十年础1978年联合研制一 计算机进行手商名为Unimate （即万能自动）运动系统仿 塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控 鼓作为存储装置。

不少球坐标通用机械手就是在 发展起来的同年，美国机械制造公司也实验成 Vewrsatran机械手该机械手的中央立柱可以回 用液压驱动控制系统也是示教再现型这两种出 代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基 美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院 种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子控制，用于装配作业，定位误差小于土 1毫米联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度第二代机械手正在加紧研制它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务它与电子计算机和电视设 备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FM环口柔性制造单元FMC中的重要一环节2. 机械手的组成分类及驱动2.1机械手的组成一般来说，机械手主要有以下几部分组成：1. 手部（或称抓取机构） 包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用2•传送机构（或称臂部） 包括手腕、手臂等，主要起改变物件方向和位置的作用。

3. 驱动部分 它是前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压气压电力和机四种驱动形式4. 控制部分 它是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序（程序）、位置和时间（甚至速度与加速度）等5. 其它部分 如机体、行走机构、行程检测装置和传感装置等2.2机械手的分类机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分类分别为:1. 按使用范围分类：（1）专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料机械手” 、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等这种机械手结构较简单，成本较低，适用于 动作比较简单的大批量生产的场合2）通用机械手 指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而 且能自动完成传送物件或操作某些工其的机械装置通用机械手按其定位和控制方式的不 同，可分为简易型和伺服型两种简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可 以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型2. 按运动坐标型式分类:（1） 直角坐标式机械手 移动，亦即臂部可以前后伸缩 Y方向的移动）和上下升降（定（2） 圆柱坐标式机械手 又可绕Z轴转动（定为绕Z轴转 和左右转动；（3） 球坐标式机械手臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向 （定为沿X方向的移动）、左右移动（定为沿 为沿Z方向的移动）；臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动， 动），亦即臂部可以前后伸缩、上下升降以绕Y轴和Z轴转动，亦即手臂可以前后伸缩（沿X方向移动）、上下摆动（定为绕Y轴摆动）和 左右转动（仍定为绕Z轴转动）；（4）多关节式机械手 这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。

其小臂和大臂的连接（肘部）以及大臂和机体的连接（肩部）均为关节（铰链）式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上 下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动 3.按驱动方式分类：$ROBOT（1 ）液压驱动机械手 以压力油进行驱动；（2）气压驱动机械手 以压缩空气进行驱动;（3）电力驱动机械手 直接用电动机进行驱动；（4）机械驱动机械手 是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式4. 按机械手的臂力大小分类：1）微型机械手2）小型机械手3）中型机械手4）大型机械手臂力小于1kg; 臂力为1 —10kg; 臂力为10 — 30kg； 臂力大于 30k2.3 机械手的驱动如前所述，机械手有四种驱动方式，而当中的液压与气压跟机械和电力相比，具有以 下优点：1. 空间布局安装不受严格的空间限制，能构成其它方法难以组成的复杂驱动系统 2．液压与气压驱动传递的运动均匀平稳，易于实现快速启动、制动和频繁的换向3. 操作控制方便，省力，易于实现自动控制、中远距离控制、过载保护与电气控 制、电子控制结合，易于实现自动工作循环和自动过载保护4. 液压与气压元件属机械工业基础件，标准化、系列化和通用化程度较高，有利于 缩短设计、制造和降低制造成本。

基于以上几点，液压与气压驱动在生产中应用最为广泛液压与气压作为机械手的两 种常见驱动方式，其发展也对机械手的应用具有一定的促进作用液压与气压都是以流体 （液压油液或压缩空气）为工作介质进行能量传递和控制的液压的优点是单位质量输出 功率大，因为液压传动的动力元件可以采用很高的压力 （一般可达32MPa个别场合更高）， 因此，在同等输出功率下具有体积小、质量轻、运动惯性小、动态性能好的特点而气压 传动的突出优点是：介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低 但是，由于空气具有可压缩的特性， 工作速度的稳定性较差， 冲击大， 而且起源压力较低， 因此，气压机械手抓重一般在 30 公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大， 所以一般适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作相比之下，液压一般用于 低速，重载和低污染的环境下 众所周知，液压驱动多年来一直以矿物型液压油为工作介质，然而油压存在着污染环 境、易燃烧、浪费能源的严重问题，一方面有背于当今制造业环保、节能的发展方向，另 一方面在一定程度上限制了液压技术的发展和应用，随着科学技术的进步和人类环保、 能源危机意识的提高，除了继续使用高水基液作为液压介质外，促使人们重新认识和研究 以纯水（不含任何添加剂的天然水 （含海水和淡水 ）） 作为工作介质的“绿色”液压技术一纯 水液压传动技术，并在近 20 年来使其不论在理论上还是在应用研究上，都得到了持续稳 定地复苏和发展。

纯水液压传动具有无污染危害，阻染性与安全性好、温升小，介质经济性好，维护监 测成本较低，黏度对温度变化不敏感，压力损失小，发热小，传动效率高，流量稳定性好， 系统的刚性大等技术优势虽然纯水液压传动还存在泄漏与磨损、气蚀、液压冲击、振动 和噪声、材料腐蚀与老化等技术难题，但随着新工艺、新材料以及新技术的不断出现和发 展，终将会得以解决未来，预计纯水液压将会是主要的发展热点和方向3. 机械手的应用意义及发展趋势3.1 机械手应用意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产 业机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志因此， 世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一新世纪，生产水平及科学 技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展 现代工业中， 生产过程的机械化， 自动化已成为突出的主题然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的单靠人力 将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高同时人的劳动强度非常大， 有时还会出现失误及伤害显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度 机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身 事故。

在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：1. 可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的 自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动 化的步伐2. 可以改善劳动条件、避免人身事故在高 温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以 及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的而应用机械手即可 部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件同时，在一些动作简 单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而 造成的人身事故3. 可以减少人力，便于有节奏的生产应用 机 械 手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机 械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面因此，在自动化机床和综合加工自动 生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地 进行生产 3.2 机械手的发展趋势 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都 不能满足工业生产发展的需要。

所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、 热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应 的发展通用机械手， 有条件的还要研制示教式机械手、 计算机控制机械手和组合机械手等 同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用此外还应大力研 究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐 步成为整个机械制造系统中的一个基本单元国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快目前主要用于机床、横锻压力 机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作 国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手使它具有一定的传感能力，能 反馈外界条件的变化，作相应的变更如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重 点是研究视觉功能和触觉功能目前已经取得一定成绩目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到 3M/S,量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结 合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型 化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展4. 总结目前我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还 有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活、高精度的机械手要使我国机械工业 更进一步在发展壮大， 就必须提高其自动化程度和生产效率， 将人手操作变为机械手操作 同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥。