淺析機械手的應用與發展趨勢的論文
機械手是工業生產中非常重要的一個部分,本文主要探討了機械手的概念,發展歷史,以及機械手在國內外的研究動態,并重點分析了機械手的發展趨勢,以期為相關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。隨著計算機和自動控制技術的疾速開展，農業機械將進入高度自動化和智能化時期，機械手機器人的應用能夠進步勞動消費率和產質量量，改善勞動條件，處理勞動力缺乏等問題構成。由于制造企業技術的不時進步，對工業機器人的需求越來越大，因此工業機器人技術在制造業應用范圍也越來越廣，其規范化、模塊化、網絡化和智能化的水平越來越高，功用也越來越強，正在向著成套技術和配備的方向開展。在科學技術高速開展的今天，憑仗單一的人工化消費是無法到達工業化的大量請求，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、工業機械手的結構和分類
機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大局部組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，依據被抓持物件的外形、尺寸、重量、資料和作業請求而有多種構造方式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構使手部完成各種轉動（擺動）、挪動或復合運動來完成規則的動作，改動被抓持物件的位置和姿態。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，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。自在度是機械手設計的關鍵參數。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，普通專用機械手有2～3個自在度。控制系統是經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的信息，構成穩定的閉環控制。控制系統的中心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，經過對其編程完成所要功用。
機械手的品種，按驅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軌跡控制機械手等。由于工業機械手重在應用，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的機械安裝。專用機械手具有動作少、工作對象單一、構造簡單、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的、程序可變的'、動作靈敏多樣的機械手。在性能范圍內，其動作程序是可變的，經過調整可在不同場所運用，驅動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”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型。
二、工業機械手的應用
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。機械手在鍛造工業中的應用能進一步開展鍛造設備的消費才能，改善熱、累等勞動條件。機械手在工業制造范疇的應用主要讓機器人在機械制造業中替代人完成大批量、高質量請求的工作，如汽車制造、艦船制造及某些家電產品（電視機、電冰箱、洗衣機）的制造等。化工等行業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的搬運、包裝等工作，也有局部是由機器人完成的。
隨著工業機械化水平的不時進步，工業機械手曾經普遍應用到現代化制造的許多行業，例如，我國的汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電子電器行業等范疇都在運用工業機械手停止加工制造。在工業消費中，弧焊機器人、電焊機器人、裝配機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量運用。在制造業中，特別是在汽車行業，如在毛坯制造、機械加工、焊接、熱處置、外表涂覆、上下料、裝配、檢測等作業中，機器人已逐漸取代人工作業。汽車行業首先是代表高技術的范疇，投入也是相當大，也是率先普遍應用工業機器人的范疇。目前，國內一些大型制造企業，如比亞迪、富士康等均已將工業機器人應用到消費車間，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品的裝配、貨物搬運、汽車部件的焊接等方面，從當前工業機器人的應用開展現狀和趨向，能夠看出整個工業機器人的開展前景是十分好的。
由于工業機械手具有很高的靈敏度和耐力度，消費復雜，價位也比擬高，因而工業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，因而價錢也比擬昂貴。本文對我國國內已有的專利停止研討，如中國國度學問產權局2008年發布了一項創造專利：自動上下料機械手（公開號：CN101168251），其主要有定位、夾緊和翻轉三局部組成，夾緊部件與滑動驅動器相聯，滑動驅動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調理定位角度，需配定位置。中國國度學問產權局2008年還發布了一項適用新型專利：全自動送料數控機械手（公開號：CN201079955），其運用送料臂的機構，送料臂的一頭裝置在箱體，另一頭與送料鉗經過銷釘旋轉式相連，送料臂和箱體之間銜接有拉力氣缸，送料臂上還設有從動壓輪和復合凸輪；定位采用信號測試桿、接近開關等；為滿足不同產品消費，運用了可調整復合凸輪的外周外形。上面兩項專利都是基于數控機床和盡量進步經濟適用性而設計的，但也還有一些問題：為進步通用性，雖設有可調機構，但可調范圍受局限，比方自動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，工業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
從當前工業機械手在制造業上的應用開展現狀能夠看出將來工業機械手的應用前景普遍，為此，我國應加大對工業機械手的自主研發力度，增強科技創新，以緊跟時期步伐，使中國的工業機械化走在國際前沿。
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