浅谈机械手的研究进展

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浅谈机械手的研究进展

宁崧然

(四川省成都市七中高新校区高三7班，四川成都610031)

摘要：机械手在最近几十年发展迅速，作为一种新技术被广泛用于工程实践中，机械手能模仿人肢体的一些功能，虽然不够灵活，但是能解决很多生产中面对的问题。本文主要对机械手在工业中的应用情况，讲述了机械手发展的意义，接着讲述了机械手在各个领域的发展，然后对其在国内外的发展进行综述，最后对机械手的发展趋势进行了分析。

关键词：机械手；自动化；工业机械人

中图分类号：TP241文献标识码：A文章编号：1671-0711(2017)02(下）-0179-03

随着经济的发展和工业自动化水平的不断提高，

许多企业都寻求机器人代替劳动力，实现工业的自

动化，因此工业机器人应运而生。众所周知，手是

人类实现劳动生产力最为关键的一环，由此可见机

械手也是机器人中最关键的部位，很多功能都得依

靠机械手实现，已经引起人们的重视。

机械手从结构还有结构形式上看简单，专用

性和实用性强，简单的说就是机械的上下料装置。机械手在美国发展最早，随后很多国家都积极发展机械手以及对它的研究，每个国家都取得了不错的成果。各行各行都涌现出各式各样的机器手，在农业用机器手采摘水果修剪树叶，在军事领域用机械手排除炸弹和危险品，在医药行业出现了纳米机器人，在码头出现了搬运机械手等。从图1可以看出，机械手就是能模仿人的手臂，比如我们的手臂能够180度自由旋转，能够抓取东西，可以灵活的应用手指干活，因此机械手也是趋向于模仿这些功能。

机械手手腕运动有：绕X轴转动称回转运动，绕y轴转动称为上下摆动（或节距），绕z轴转动称为左右摆动，沿y轴方向的称为横向移动（或沿 Z轴方向纵向移动）。因此，手腕有一个最大的四个独立的运动，即四个自由度。腕关节设计的基本要求可以概括为以下三点：（1)结构紧凑，重量轻。手腕是在手臂的前面，手与它一起由手臂所承受的静态和动载荷。显然，手腕上的结构、重量和功率 负荷，直接影响臂的结构、重量和工作性能。因此，在手腕上必须努力设计，结构紧凑，重量轻。（2) 结构考虑，合理布局。作为机械手的手腕，并承担 着连接和支撑的功能，除了保证力和运动的要求外，必须有足够的强度、刚度，合理的布局也应考虑，并解决了手腕和手臂的连接。（3 )必须考虑工作条件。机械手的工作条件没有太大的影响的环境，所以机械手腕没有太多不利因素。

图1工业机械手

1研究意义

机器人手主要由三个部分组成，手、运动机构和 控制系统。用于保持工件（或工具）的零件，根据形 状，尺寸，重量，材料和作业要求請象是有各种结_式，如夹持式，保持型和吸附式等，使手完成各 种旋转（摆动），运动或复合运动达到艦的动作，改变物体的顏和姿态来把握。升降、拉伸、旋转等 独立运动的运动机制，称为机械手的自由度。为了抓 住任何位置和方向的对象在空间中，有6个自由度。自由度是机械手设计中的关键参数。自由度越大，机 械手的灵活性越大，通用性越广，结构越复杂。一般 专用机械手有2个3度的自由度。控制系统是通过控 制每个机器人的自由度来完成具体动作的。在同一时 间，接收传感器的反馈，并形成稳定的闭环控制。控 制系统的核心通常是由单片机或数字信号处理器等微 控制芯片组成。

机械手能在脏、乱、差以及能周而复始的做一个动作和在高温、低温、放射、有毒、下水道环境下进行操作，具有很好的发展前景。因此机械手在 各行各业得到广泛应用，例如汽车行业的生产线、各种装配生产线和军事领域。搬运机械手的研究具有如下意义：首先，使用、机械手可以节省大量的人力和资源。其次，在大型材料的搬运中具有重要的优势。

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Research and Exploration |研究与探索•探讨与创新

2机械手的应用

2.1完善生产过程自动化

机械手来实现m aterialconveyor工件的装卸、刀具的更换和机械装配等自动化程度的应用，可以 提高劳动生产率，降低生产成本。

2.2改善工作条件，避免事故发生

在高温、高压、低温、低压、灰尘、噪声、异味、放射性或其他有毒物质污染及作业空间狭小的情况下，手动操作是危险的或不可能的，而应用的机械手可以代替部分或全部的安全工作，劳动条件得以 改善。在一些简单的、重复的，尤其是重操作的工作，可以用机械手代替人，可以避免由于操作或个人疏忽引起的意外。

2.3可以减少人为误差，并便于生产的节奏

因为机械手可以周而复始的做一个动作，因此 可以节省大量的时间，由于机械手的应用可以连续操作，它永远能保持一样的加工精度，不会产生人为误差。因此，在自动机床的综合加工自动线，对 机械手的使用越来越多,工厂更加依赖机械手使用。因此，机械手的广泛被使用是根据时代进步所发展的，是以后必然发展的结果。

3机械手发展的领域

3.1工业制造领域

机器人在传统制造业中可以保证机械加工的精度，同时也能提高其高效率，如汽很多制造业，像 富士康和汽车生产线大量使用机械手。很多自动化生产线在现场焊接、电弧焊接、喷漆、切割、电子 装配和物流系统处理、包装等工作，也是机器人的一部分完成。

3.2军事领域

排爆和排除炸弹等危险工作以前只能靠我们人去排除，当机械手应用后可以完全代替人去危险的地方工作，这样可以保护士兵的生命财产。

3.3医疗领域

在医疗行业众所周知使用最多的是纳米机器人, 可以对肿瘤进行安全的切除，可以完成一些高难度的操作，很多医疗机器人可以更加准确的进行手术。

3.4娱乐领域

机器人广泛应用于娱乐领域，例如，机器人足球比赛、机器人跳舞、机器人和机器人操作比赛、宠物等。机械手是在机械化和自动化过程中发展的一种新装置。在现代生产过程中，机械手被广泛应用在自动生产线上，机器人的研制和生产已在附近成为高科技、新技术的迅速发展，把机械手和各种应用相结合创造出更大的利益，给人们带来更多的方便。塑料机械已成为发展最快的行业之一，且每 年需求增加。在我国的塑料机械行业高速发展的主要因素有两个：一是高技术装备的需求所带来的设备更新和淘汰陈旧设备；二是国内的加工行业对机器人的使用呈现多样化发展。

随着网络技术的发展，机器人手的网络运行问题也是未来发展的方向。工业机器人是近几十年发展的一种高科技自动化生产设备。智能机器人是工业机器人的一个重要分支，它的特点是通过编程来完成预期的各种任务，在结构和性能上的人和机的优势，特别是反映了人类的智力和适应性。机械手的准确度和完成工作的能力，在各种环境中有着广阔的发展前景。

4机械手在国内外的发展现状

4.1机械手在国内的发展现状

由于种种原因，我国工业机器人技术的发展相对缓慢。目前，我国已经开始计划引进工业柑橘采摘机器人技术，通过引进、模仿、改造、创新，机 器人将能够获得快速发展。

经过多年不断努力，我国的工业机器人也出现了百花齐放的局面，很多机器人更加超越了其他发达国家。在制造业，特别是在汽车行业，工业机械 已被广泛使用。如毛坯制造（冲压、铸造、锻造、机械加工、焊接等）、热处理、表面涂层、切割、装配、测试和仓库堆垛作业，机器人正在逐步取代人工操作。

4.2机械手在国外的发展现状

美国在1947开发一个可以遥控的机械手，1948,开发了一个机械主从机械手。第一个是从美 国开始发展的，1954美国s.w ear沃尔玛提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的关键是利用伺服技术来控制机器人的关节，机器人可以通过人类的手来实现对动作的记录和再现。这个机器人被称为教学和回放机器人。几乎所有的现有机器人都使用这种控制，1958美国联合控制公司开发第一台机器人手铆接机器人。作为其中的一个机器人产品最早的实用模型（显示）是美国的1962, 美国启动V E R S T R A N A M F与U n im a tio n公司推出 “U N IM A T E”。这些工业机器人主要由相似的人的手和手臂组成，它可以代替繁重的劳动，以实现 生产的机械化和自动化。1963年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，试制成了数控教学与回放的机械手。企业名称是通用机械手（即通用自动）。以转台为蓝本的运动系统，用液压驱动可带动旋转伸缩节距，作为滚筒控制系统的存储装置。在此基础上开发了大量的坐标通用机械手。在同一年，俄

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