机械手国内外发展情况.docx

1、机械手国内外发展情况机械手的相关资料-. 机械手的组成及分类：组成机械手主要由执行机构*骡动系统*控制系疣以及位置检测装置驟折粗成。各系统 相互之间的关系如方框图1一4所示*jEtt P-J 图】机械手的組成方框0S（执行机构 X包括手部、手腕冷手臂和立柱等部件有的还增设行走机构k手部 即与物件接融的部件D由于与物件接触的形式不同,可分为夹持式和吸附 式手部.夹持式手部由手猎1或手爪）和传力机构所构成，手指垦与物件St接接触 而传力机构则通过手捋产生夹紧力来完成夹放物件的任务,吸附式手部主要由吸盘等构 成，它是常吸附力（如吸盘内形战负压我产生电殲力我附物件.贡 手腕 是联接手部和手臂的部件，起

2、碉魅或改变工件方位的作用3.手臂支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置.4.立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的冋转运动和升 降I或俯禅）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的*但因工作 需要有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5.行走机构 机械手为了完成远距离的擾作和扩大便用范圉，可以增设滚轮佇走 机构。疏轮式行走机构耳分为有轨的和无孰的两种百疽动滚轮运动则应另外增设机械传 动装置。6.机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动赢统均安裝于 机座上故起支承和联接的作用（二） 驱动慕统机械手的驱动系统是驰动执行机构运动的传动装置。常用的

3、有液压传动*气压传 动.电力传动和机械传动辱四种形式.（三） 控制系统有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制.它是机械手的璽要组成邮 分.它支配着机械手按規定的程序运动，井记忆人幻给予机械手的指令信息（如动作顺 序.运动轨迹.运动速度及时间同时按其控制系统的惜息对执行机构我出指令*必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错邊或发生故障时即发出报警信号。（四位置检测装養控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统， 并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度 达到设定位置。二、分类由于机械手还没有统一的分类标准，在此暂按使用范围

4、、驱动方式和控制系统等进 行分类。（一按用途分机械手可分为专用和通用机械手两种， *.1.专用机械手 它是附属于主机的.具有固定程序而无独立控制系统的机械装置. 专用机械手具有动作少.工作对象单一结构简单、实用可庶和造价低等特点，适用于 大批联的自动化生产，如自动机床.自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自 动换刀机械手。2.通用机械手 它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机 械手。通用机械手的工作范Ia大、定位梢度高通用性强，适用于不断变换生产品种的 中小批址自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种，简易型以“开一 关”式控制定位，只能是

5、点位控制，伺服型具有伺服定位控制系统,可以是点位的,也可 以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型，图1一3所示为简易数 控型通用机械手。（二）按驱动方式分1.液压传动机械手 是以油液的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要待点 是，抓重可达几百公斤以上.传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严 格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若 机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电 液伺服阀的制逍精度高，油液过滤要求严格，成本髙。2.气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手其主要待 点是

6、介质来源极方便、气动动作迅速.结构简单.成本低。但是，由于空气具有可压缩 的待性，工作速度的稳定性较差，而且气源压力较低，抓甫一般在30公斤以下，适用于 高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3.机械传动机械手即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构 等）驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递 的。它的主要特点足运动准确可靠.动作须率高，但结构较大，动作程序不可变。它常 被用于为工作主机的上、下料。4.电力传动机械手即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱 动执行机构运动的机械手,因为不需要中间的转换机构,故机械结构简单。其中直线

7、电机机械手的运动速度快和行程长,维护和使用方便此类机械手目前还不多，但有发展前逡.）按控制方式分1 点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的 位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数越多，则必然增加电气控制系统的复杂 性。口曲多数机械手属于点位控制。2.连续轨迹控制 它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限 的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且便用范围广，但电 气控制系统复杂。按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为下列几种, -）直角座标式如图1系的X轴的伸缩、沿Z轴的升降、沿Y轴的横移。这种座标型式的机械手称为

8、直角座棕 式机械手。它的特点是结构简单，定位梢度高，适用于主机位置成行排列的场合。但是 由干占地面积大而工作范0小以及灵活性差.限制了它的使用范團。-)圆柱座标式如图1 一】0所示的机械手，其手臂的运动系由两个直线运动和一个冋转所组成，即 沿X轴的伸缩、沿Z轴的升降和绕Z轴的回转。这种座标型式的机械手称为圆柱座标式机 械手。它与宜角座标式相比较，占地而积小而活动范西大.结构较简单，并能达到较高 的定位精度，因此应用较广泛。但由于机械手结构的关系，沿Z轴方向移动的最低位置 受到限制，故不能抓取地面上的物件。图I-Io E)柱座标式 *, L()球座标式 -如图1 一 11所示的机械手，其手臂的运

9、动系由一个直线运动和两个转动所组成，即 沿X轴的伸缩、绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。这种座标型式的机械手称为球座标式机 械手。这种机械手手臂的俯仰运动能抓取地面上的物件，为了使手部能适应被抓取物件方 位的要求，常常设有手腕上下摆动，便其手部保持水平位置或其它状态。这种型式的机 械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等待点，它适用于沿伸缩方向向外作业的 传动形式但结构较复杂，此外,手臂摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的渓差放大.(E)关节式如图1 一12所示的机械手，其手臂的运动矣似人的手臂可作几个方向的转动。它由 大小两臂和立柱等所组成，大小两臂之间的联接为肘关节，大臂与立柱之间的联接为肩关

10、节，各关节均由狡链构成以实现转动，手臂的运动系由三个冋铃运动硏戍 叩* 的俯仰（E）、小臂俯仰（址）和大臂的回转（B）这种座标型式的机诫手恻、力人M机械手。它的特点是工作范围大，动 作灵活，通用性强，能抓取靠近机座 的物件，并能绕过机体和工作主机之 间的障碍物去抓取物件，此为其它型 式的机械手不可比拟的优点。但是 关节式机械手的手指定位是由各个关 节相互转角来决定的，所以定位精度 较差，另外,控制装置和机械结构比其 它型式的机械手均fio上述四种座标型式主要根据手臂 的运动来确定的，也可以由某二种座 标型式组合起来应用，如图1 一 3所 示为采用圆柱座标和球座标组合的一 种型式。机械手座标型式

11、的正确选择，女 通过座标型式方案的比较来确定。在 拟定座标型式方案时，又须根据现场 具体生产情况和工艺、精度.安装空 间的要求，结合各种座标型式的特点来分析比较，确定比较合理的座标型式。1机械手在生产中的作用随若我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、 输送或擁持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人 们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、掘运或 操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手” o生产中应用 机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、

12、 实现安全生产,尤其在高温、高压.低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶 劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大因此，在机械加工、冲压、铸、锻、 焊接、热处理、电玻、喷漆、装配以及轻工业.交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。机楝手的结构型式开始比较简单，专 用性较强，仅为某台机床的上下料装置， 是附属于该机床的专用机械手。随着工业 技术的发展，制成了能够独立的按程序控 制实现重复操作，使用范西比较广的“程 序控制通用机械手”，简称通用机械手。 由于通用机械手能很快地改变工作程序， 适应性较强，所以它在不断变换生产品种 的中小批生产中获那广泛的应用。图1一1所示为某车床的丄料专

13、用液压 机械手示意图。该机械手的动作顺序是， 摇劈油缸7的活塞杆推动摆板2绕O点反 时针方向回转45后，伸缩油缸1的活塞 杆驱动滑枕4连同夹紧油缸3一起作伸臂 动作，夹紧油缸3驱动杠杆机构便手部5 抓取工件，尔后伸缩油缸作缩臂动作等待 上料。当机床加工完前一个零件退刀时发 出信号，使摇臂油缸7将摆板2拉回，并 与定位销6相碰而定位，此时伸臂油缸11.伸第油缸2.徭板3.交衆油址d.滑枕6.乎界6.定位削r.M1t油缸图】一1车床上料机械手示意图又驱动滑枕4前伸，将工件送到机床主轴中心线的位置，由顶料杆（图中未示出）将被 加工零件顶入主轴弹簧卡头中，此时手指张开，滑枕作编臂动作而复位。机械手以此

14、循 环动作实现自动上料图1一2所示为双许上、下料液压机械手示意图。在手欝A和B上分别装有升降油 缸2,其活塞杆3与手臂A和B刚性联结。当升降油缸两腔分别通压力油时，缸体2就 作升降运动。导向杆7亦随缸体运动，其上的掩块与行程开关心或P相碰时分别发出 升、降的停止信号。在升降缸的下端固连着夹紧油缸4,其活塞杆5上、下运动时，通 过杆系带动手指6作夹紧或松开动作。当活塞油缸8的活塞齿条9作往复移动，带动齿 轮10,经齿轮11、12可使手臂A和B回转土90，手臂A将坯料由上料位置转到加舌位 置，同时手臂B将已加工完毕的工件取下送到下料位置，然后两手臂同时复位，准备第 二次工作循环。图1一3所示为简易

15、数控工业通用机械手，它由手部1.手腕2.手臂伸编缸4、导 向杆5、手臂回转缸7、手皆俯仰缸8.手臂升降缸10.立柱11等构成执行机构丿由手 臂伸编反馁装置3、手腕俯仰反饭装置6、手臂俯仰和回转反馈装置9和12等构成位置 检測装置；由油泵13、油泵电机14、控制阀15、油箱16等构成驱动系统）由独立的电气 柜17构成具有可变程序的电控系统。此机械手能根据生产工艺过程预先编制的动作程序，调整好手臂、手腕所应达到的X1手* 2升味油缸8.活塞杆d.夹衆油缸5.1KtIf 6半折,辱向杆8活富油缸。沽戛也条 Uh H. 12.t轮图1一2双W.下料液压机械手结构示童图UIt 邦 2R 3. . fft

16、 51 导IW (mRMI LfffBKitttK NHME 手ffVffKitM IEmm . ift 监甲訓nl 龍 U. SL 15.控躺 Wl IkV 17.电悽ffil駅般逋用财手示觥四.抓取机构技如手 *性力坏手 直试平动戏飒于凶27回转空和平移型手指a）单支点E3 b）双支点回转Si C）平移册（平宜筑）夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组戊的，它对抓取各种形状的工件具 有较大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件C 一般情况下，多采用两个手指，少数采用三 指或多指。驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压的、气动的和电动的等几种形式。 常见的传动机构往往通过滑榊、斜楔、齿

17、轮齿条、连杆机构实现夹紧或松开。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆 棒时，不会引起中心位置的偏移。但这种手 指结构比较复杂、体积大,要求加工精度高。回转型手指的张开闭合靠手指根部（以 枢轴支点为中心）的回转运动来完成。枢轴 支虎为一个的，称为单支点回转型，为两个 的2称为双支点回转型。这种手指结构简 单，形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持 定位偏差. C sn( g ) p2b Sinaf注，上均匀幷布三牛弹管钢穂如 f_JECWhI 鼻EM .-1Ii注*当工件时卡爪的作用力F方商域费鬧卡风 同转中赴的外伺可实现自備夬當 ，八.机械手的发展趋势1 重

18、复高精度精度是指机械手达到指定点的精确程度，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次数多，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度 比精度更重要，如果一个机械手定位不够精确，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械手来测定。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。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合导

19、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，使机械手动作自如。模 块化机械手使同一机械手可能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。3 节能化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料的出现，构 造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统 简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4 机电一体化 由“可编程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

20、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” ；节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的输出功率在增大，由PLe直接控制线圈变得越来越可能。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。 使它具有一定的传感 能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并 自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。视觉功能即在 机械手上安装有电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。工作是电视照相机将物体 形象变成视频信号，然后送给计算机，以便

21、分析物体的种类、大小、颜色和位置，并 发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。 工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作 用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达 到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一 步提高。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变 目前机械制造系统的人工操作状态。 随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不断扩大。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。