機械手文獻綜述(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 畢業(yè)設計（論文）文獻綜述設計（論文）題目： 4自由度氣動機械手設計 學 院 名 稱： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 盧 鋒 學號： 指 導 教 師： 楊超珍 2010年 12 月 24 日 機械手的發(fā)展及應用前言 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術水平的要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。生產(chǎn)水平及科學技術的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械工業(yè)的快速發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。

2、然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應用很好的解決了這一情況，它不存在重復的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。1. 機械手的組成1.1 執(zhí)行機構 機械手主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關系如下圖： （1） 手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉動軸，可把動作傳給手腕，以轉動、伸屈手腕，開閉手指。 機械手手部的機構系模仿人的手指，分為無關節(jié)，固定關節(jié)和自由關節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分

3、為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多?？梢愿鶕?jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作需要。 （2） 手臂 手臂有無關節(jié)和有關節(jié)手臂之分 本課所做的機械手的手臂采用無關節(jié)臂 手臂的作用是引導手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。 總括機械手的運動離不開直線移動和轉動二種，因此，它采用的執(zhí)行機構主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。 軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構的支架。 1.2 驅動機構 驅動機構主要有四種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓氣動用的

4、最多，占90%以上，電動、機械驅動用的較少。 液壓驅動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉運動。液壓驅動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。 氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6 個大氣壓，個別的達到 8-10 個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)

5、容易生銹。電氣驅動采用的不多。現(xiàn)在都用三相感應電動機作為動力，用大減速比減速器來驅動執(zhí)行機構；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。 電氣驅動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅動機構和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應速度比較慢。 機械驅動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。 1.3 控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程

6、序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。 隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。2. 在機械工業(yè)中，機械手的應用具有以下意義：2.1 可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。2.2 可以改善勞動條件、避免人身事故 在高 溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。

7、同時，在一些動作簡單但又重復作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。2.3 可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。3. 國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢、應用前景： 目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的

8、機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應

9、的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量新產(chǎn)品達到6軸，負載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械手、柔性造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。4. 研究內(nèi)容 目前國際機器人界都在加大科研力度，進行機械手共性技術的研究，并朝著

10、智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內(nèi)容集中在以下幾個方面：1）工業(yè)機械手的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高負載/自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。2）機械手控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機械手控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及基于PC 機網(wǎng)絡式控制器己成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。3）多傳感器系統(tǒng)：為進一步提高機械手的智能和適應性，多種傳器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器信息融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多

11、傳感器信息融合算法。另一個問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。4）機械手的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。5）機械手遙控及監(jiān)控技術，半自主和自主技術，多個機械手和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內(nèi)的機械手遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。6）虛擬機械手技術，基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機械手的虛擬遙操作和人機交互。7）多智能體調(diào)節(jié)控制技術：這是目前機械手研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。8）軟機械手技術：主要用于醫(yī)療、護理、休閑和娛樂場合。傳統(tǒng)機械手設計未考慮與人緊密共處，因此其結構材料多為金屬或硬性材料，軟機械手技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機械手意外地與環(huán)境或人碰撞時是安全，機器人對人是友好的。9）仿人和仿生技術：這是機械手技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。5. 總結 我國機械手的研發(fā)和應用還處在一個發(fā)展的階段, 跟美國日本等發(fā)達國家相比還有很大的差距,很多產(chǎn)品還需進口,特別是高靈活,高精度的機械手。要使我國機械工業(yè)更進一步在發(fā)展壯大,就必須提高其自動化程度和生產(chǎn)效率,將人手操作變?yōu)闄C械手操作。同時,國家應加