機(jī)械手的發(fā)展史

1、機(jī)械手發(fā)展概述機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。1機(jī)械手發(fā)展史機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它是機(jī)器 人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn) 過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量 比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到 了應(yīng)用

2、。Un innate機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái) 機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)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。1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又 試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為 Unimate （即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔， 臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系 統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手 就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年，美國(guó)機(jī)械 制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Vewrsatran機(jī)械手。 該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū) 動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。這兩種出現(xiàn)

3、在六十 年代初的機(jī)械手，是后來(lái)國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國(guó)Uni mate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種 Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)， 定位誤差小于土 1毫米。聯(lián)邦德國(guó)KnKa公司還生產(chǎn)一種點(diǎn)焊機(jī)械手，采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制目前，機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主 要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控 制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感 覺(jué)到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過(guò) 程中的任務(wù)

4、。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系， 并逐步發(fā)展成為柔性制造系 統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)節(jié)。2. 機(jī)械手的組成分類及驅(qū)動(dòng)2.1機(jī)械手的組成一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械手主要有以下幾部分組成：1. 手部（或稱抓取機(jī)構(gòu)）包括手指、傳力機(jī)構(gòu)等，主要起抓取和放置物件的作用。2傳送機(jī)構(gòu)（或稱臂部）包括手腕、手臂等，主要起改變物件方向和位置的作用。3. 驅(qū)動(dòng)部分它是前兩部分的動(dòng)力，因此也稱動(dòng)力源，常用的有液壓氣壓電力和機(jī)四種驅(qū)動(dòng)形式。4. 控制部分它是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，由它來(lái)控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間（甚至速度與加速度）等。5. 其它部分如機(jī)體、行走機(jī)構(gòu)、行程檢測(cè)裝置和傳感裝置等。2.2機(jī)械

5、手的分類機(jī)械手從使用范圍、運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式、驅(qū)動(dòng)方式以及臂力大小四個(gè)方面的分類 分別為：1. 按使用范圍分類：（1）專用機(jī)械手 一般只有固定的程序，而無(wú)單獨(dú)的控制系統(tǒng)。它從屬于 某種機(jī)器或生產(chǎn)線用以自動(dòng)傳送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料機(jī)械 手” “曲拐自動(dòng)車床機(jī)械手”、“油泵凸輪軸自動(dòng)線機(jī)械手”等等。這種機(jī)械手結(jié) 構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本較低，適用于動(dòng)作比較簡(jiǎn)單的大批量生產(chǎn)的場(chǎng)合。（2）通用機(jī)械手 指具有可變程序和單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)，不從屬于某種 機(jī)器，而且能自動(dòng)完成傳送物件或操作某些工其的機(jī)械裝置。通用機(jī)械手按其定 位和控制方式的不同，可分為簡(jiǎn)易型和伺服型兩種。簡(jiǎn)易型只是點(diǎn)位控制，故屬 于程序控制

6、類型，伺服型可以是點(diǎn)位控制，也可以是連續(xù)軌跡控制，一般屬于數(shù) 字控制類型。2. 按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)型式分類:（1）直角坐標(biāo)式機(jī)械手 三個(gè)方向移動(dòng)，亦即臂部可以 動(dòng)）、左右移動(dòng)（定為沿Y方向 方向的移動(dòng)）；（2）圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手 方向移動(dòng)，又可繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)（定 前后伸縮、上下升降和左右轉(zhuǎn)臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X、Y、Z 前后伸縮（定為沿X方向的移 的移動(dòng)）和上下升降（定為沿Z手臂可以沿直角坐標(biāo)軸的X和 Z 為繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)），亦即臂部可以 動(dòng)；（3）球坐標(biāo)式機(jī)械手 臂部可以沿直角坐標(biāo)軸X方向移動(dòng)，還可以繞Ytt和Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即手臂可以前后伸縮（沿X方向移動(dòng)）、上下擺動(dòng)（定為繞Ytt擺動(dòng)）和左 右轉(zhuǎn)動(dòng)（仍定為繞

7、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)）；（4）多關(guān)節(jié)式機(jī)械手這種機(jī)械手的臂部可分為小臂和大臂。其小臂和大 臂的連接（肘部）以及大臂和機(jī)體的連接（肩部）均為關(guān)節(jié)（鉸鏈）式連接，亦即小臂 對(duì)大臂可繞肘部上下擺動(dòng)，大臂可繞肩部擺動(dòng)多角，手臂還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)。3.按 驅(qū)動(dòng)方式分類：$fENGYUNrobot(1) 液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(2) 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(3) 電力驅(qū)動(dòng)機(jī)械手(4) 機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以壓力油進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 以壓縮空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 直接用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；是將主機(jī)的動(dòng)力通過(guò)凸輪、連桿、齒輪、間歇機(jī)構(gòu)等傳遞給機(jī)械手的一種驅(qū)動(dòng)方式。4.按機(jī)械手的臂力大小分類:(1) 微型機(jī)械手(2) 小型機(jī)械手(3) 中型機(jī)械手(4) 大型機(jī)械手臂力

8、小于1 kg; 臂力為1 - 10kg； 臂力為10- 30kg； 臂力大于30kg。2.3機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)如前所述，機(jī)械手有四種驅(qū)動(dòng)方式，而當(dāng)中的液壓與氣壓跟機(jī)械和電力相比， 具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.空間布局安裝不受嚴(yán)格的空間限制，能構(gòu)成其它方法難以組成的復(fù)雜驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)。2 液壓與氣壓驅(qū)動(dòng)傳遞的運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁 的換向。3. 操作控制方便，省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、中遠(yuǎn)距離控制、過(guò)載保護(hù)。 與電氣控制、電子控制結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。4液壓與氣壓元件屬機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件， 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高， 有利于縮短設(shè)計(jì)、制造和降低制造成本?；谝陨蠋c(diǎn)，液壓與氣

9、壓驅(qū)動(dòng)在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。液壓與氣壓作為機(jī) 械手的兩種常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式，其發(fā)展也對(duì)機(jī)械手的應(yīng)用具有一定的促進(jìn)作用。 液壓 與氣壓都是以流體（液壓油液或壓縮空氣）為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的。 液壓的優(yōu)點(diǎn)是單位質(zhì)量輸出功率大， 因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)的動(dòng)力元件可以采用很高的壓 力（一般可達(dá)32MPa,個(gè)別場(chǎng)合更高），因此，在同等輸出功率下具有體積小、質(zhì) 量輕、運(yùn)動(dòng)慣性小、動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)。而氣壓傳動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)是：介質(zhì)李源極 為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可 壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且起源壓力較低，因此，氣壓 機(jī)械手抓重一般在 30 公斤以下，在同樣

10、抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大， 所以一般適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。相比之下，液壓 一般用于低速，重載和低污染的環(huán)境下 。眾所周知， 液壓驅(qū)動(dòng)多年來(lái)一直以礦物型液壓油為工作介質(zhì)， 然而油壓存在 著污染環(huán)境、易燃燒、浪費(fèi)能源的嚴(yán)重問(wèn)題，一方面有背于當(dāng)今制造業(yè)環(huán)保、節(jié) 能的發(fā)展方向， 另一方面在一定程度上限制了液壓技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用， 。隨著科 學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類環(huán)保、 能源危機(jī)意識(shí)的提高， 除了繼續(xù)使用高水基液作為液 壓介質(zhì)外，促使人們重新認(rèn)識(shí)和研究以純水 （ 不含任何添加劑的天然水 （ 含海水和 淡水） 作為工作介質(zhì)的“綠色”液壓技術(shù)一純水液壓傳動(dòng)技術(shù)，并在近20 年來(lái)使

11、其不論在理論上還是在應(yīng)用研究上，都得到了持續(xù)穩(wěn)定地復(fù)蘇和發(fā)展。純水液壓傳動(dòng)具有無(wú)污染危害， 阻染性與安全性好、 溫升小，介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性好， 維護(hù)監(jiān)測(cè)成本較低， 黏度對(duì)溫度變化不敏感， 壓力損失小， 發(fā)熱小，傳動(dòng)效率高， 流量穩(wěn)定性好，系統(tǒng)的剛性大等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 雖然純水液壓傳動(dòng)還存在泄漏與磨損、 氣蝕、液壓沖擊、振動(dòng)和噪聲、材料腐蝕與老化等技術(shù)難題，但隨著新工藝、新 材料以及新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展， 終將會(huì)得以解決。 未來(lái)， 預(yù)計(jì)純水液壓將會(huì) 是主要的發(fā)展熱點(diǎn)和方向。3. 機(jī)械手的應(yīng)用意義及發(fā)展趨勢(shì)3.1 機(jī)械手應(yīng)用意義機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部， 是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消 費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)

12、。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的 重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。 新世紀(jì)，生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā) 展?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。然而在機(jī)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)工序銜接起 來(lái)，不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高。 同時(shí)人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大， 有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)失誤及傷 害。顯然，這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率和自動(dòng)化程度。 機(jī)械手的應(yīng)用 很好的解決了這一情況， 它不存在重復(fù)的偶然失誤， 也能有效的避免了人身事故。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手

13、的應(yīng)用具有以下意義：1. 可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)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(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度， 從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率， 降低生產(chǎn)成本， 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。2. 可以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)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(dòng) 條件。同時(shí)， 在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中， 以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工 作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3

14、. 可以減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用 機(jī) 械 手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由 于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作， 這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。 因此，在自動(dòng)化機(jī) 床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手， 以減少人力和更準(zhǔn)確地控制 生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn) 。3.2 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)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(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍， 重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用 專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手

15、、 計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以 便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。 此外還應(yīng)大力研究伺服型、 記憶再現(xiàn)型， 以及具有 觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手， 并考慮與計(jì)算機(jī)連用， 逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng) 中的一個(gè)基本單元。國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、 橫鍛壓力機(jī)的上下料， 以及點(diǎn)焊、 噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái) 完成規(guī)定的操作。 國(guó)外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)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(yīng)的變更。 如位置發(fā)生稍 許偏差時(shí)， 即能更正并自行檢測(cè)， 重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。 目前已經(jīng)取 得一定成績(jī)。目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化， 高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。 定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S,量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG更重要的是將機(jī)械手、柔性制 造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀 態(tài)。同時(shí)，