1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 机械手技术发展和应用的综述 摘要 ：本文主要介绍机械手的发展和应用。首先对机械手的发展背景和定义做了介绍，随后给出了机械手的基本构造，并对机械手的应用做了简单的分类。最后对机械手的发展趋势进行了展望。 关键词 ： 机械手 ； 发展；应用 1 引 言 近年来由于 机电一体化在 工业 各个领域的应用，机械设备的自动 化 控制显得越来越重要 。随着工业的发展和产品的高级化及复杂化，要求人们必须提高工作效率和适应恶劣环境的能力 ，增加了工人的劳动强度，甚至于危 及到 生命。因此机械手就在这样 情况下 诞生了 ,机 械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是
2、机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐 3。 机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置。三自由度机 械手又称 3D 机械人，能够实现三个自由度方向 (水平、垂直和旋转 )的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。
3、可编程控制器 (PLC)是一种专门为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统 6。 机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和 原子能等部门 10。 2 机械手构造 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机
4、械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型2 和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、 旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 2 3 个自由度 4。 3 机械手的应用 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有
5、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大等特点，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 8，例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5）宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 4 机械手的发展趋势 4.1 重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定
6、点的精确程度 , 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次 , 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重 要 , 如果一个机器人定位不够精确 , 通常会显示一个固定的误差 , 这个误差是可以预测的 , 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围 , 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展 ,机械手的重复精度将越来越高 , 它的应用领域也将更广阔 , 如核工业和军事工业等。 4.2 模块化 有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术 , 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组
7、合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系 统装置 , 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能 , 扩大了机械手的应用范围 , 是机械手的一个重要的发展方向。 4.3 机电一体化 3 由“可编程序控制器 - 传感器 - 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面 ;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件 , 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” ; 省配线的复合集成系统 , 不仅减少配线、配管和元件 , 而且拆装简单 , 大大提高了系统的可靠性。而今 , 电磁阀的线圈功率越来越小 , 而 PLC
8、的输出功率在增大 , 由 PLC 直接控制线圈变得越来越可能。 随着科学与技术的发展 , 机械手的应用领域也不断扩大 3-10.目前 , 机械手不仅应用于传统制造业如采矿 ,冶金 ,石油 ,化学 ,船舶等领域 ,同时也已开始扩大到核能 ,航空 ,航天 ,医药 ,生化等高科技领域以及家庭清洁 ,医疗康复等服务业领域中 .如 ,水下机器人 ,抛光机器人 ,打毛刺机器人 ,擦玻璃机器人 ,高压线作业机器人 ,服装裁剪机器人 ,制衣机器人 ,管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人 ,作战机器人 ,侦察机器人 ,哨兵机器人 ,排雷机器人 ,布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的 典型。机械手广泛应用于各行
9、各业 .而且 ,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩 ,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活 ,其市场将繁荣兴旺。 5 总结 目前我国机械手开始应用在工业上的很多方面，如机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。但是还处于一个发展阶段，特别是研发方面跟欧美等发达国家相比还有较大的差距。对于很多产品尤其是要求高灵活高精度的机械手，我国仍旧需要进口。我国如果要成为一个发达的工业国家就必须提高自动化程度进而提高工作效率，尽可能将人工操作变为机械手操作。在这同时， 我国应加大对高新技术的投入并且积极自主创新研发新机械手，早日拥有更多具有自主知识产权的产品。 参考文献 1
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