淺析工業機械手

摘要 隨著機械智能化的發展，由工業機器人具體操作本機、控制器、檢測傳感器及伺服驅動系統，這是一個仿人的操作系統，能夠自動的控制、可以重復的編程、三維空間內，系統的完成各種各樣的作業，也就是一項極高的機電一體化自動化生產設備。市場上，為滿足實際生產生活的需要，它有許多種品種，由于它性能好，可以提高產品質量、效率，積極改善勞動環境，在實際應用中正發揮著巨大的作用。本文選取機械手的設計原則、組成、分類等方面，具體闡述機械手的設計過程。

關鍵詞 工業機械手 性能好 機電一體化 控制器 操作系統；

工業生產中所應用的機械手，我們稱之為“工業機械手”。在生產中，應用機械手能夠極大地提高工廠機械生產效率，可以代替人從事高危環境的工作，減少工人的勞動量、勞動強度，有著非常重大的意義。對此，工業機械手被廣泛應用在各行各業中，發揮著巨大的作用。常規性的機械手結構比較簡單，同時專業性強，比較適合專業操作環境。尤其，近些年來，我國的工業技術有著非常大的發展，對工業機械手應用的依賴性逐漸增大。

一、機械手的組成

機械手主要由執行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等所組成。

（一）執行機構

執行機構一般包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。

一是手部：即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結構。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機構所構成。手指是與物件直接接觸的構件，常用的手指運動形式有回轉型和平移型。回轉型手指結構簡單，制造容易，故應用較廣泛。平移型應用較少，其原因是結構比較復雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結構取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位（是外廓或是內孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的：手指有外夾式和內撐式；指數有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構則通過手指產生夾緊力來完成夾放物件的任務。傳力機構型式較多時常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。

二是手腕：是連接手部和手臂的部件，并可用來調整被抓取物件的方位。

三是手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動手指去抓取物件，并按預定要求將其搬運到指定的位置.工業機械手的手臂通常由驅動手臂運動的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機構、連桿機構、螺旋機構和凸輪機構等）與驅動源（如液壓、氣壓或電機等）相配合，以實現手臂的各種運動。

四是立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯系。機械手的立豍因工作需要，有時也可作橫向移動，即稱為可移式立柱。

五是行走機構：當工業機械手需要完成較遠距離的操作，或擴大使用范圍時，可在機座上安滾輪式行走機構可分裝滾輪、軌道等行走機構，以實現工業機械手的整機運動。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅動滾輪運動則應另外增設機械傳動裝置。6、機座：機座是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于機座上，故起支撐和連接的作用。

（二）驅動系統

驅動系統是驅動工業機械手執行機構運動的動力裝置調節裝置和輔助裝置組成。常用的驅動系統有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。控制系統是支配著工業機械手按規定的要求運動的系統。目前工業機械手的控制系統一般由程序控制系統和電氣定位（或機械擋塊定位）系統組成。控制系統有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。

（三）控制系統

控制系統是支配著工業機械手按規定的要求運動的系統。目前工業機械手的控制系統一般由程序控制系統和電氣定位（或機械擋塊定位）系統組成。控制系統有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。

二、機械手的分類

工業機械手的種類很多，關于分類的問題，目前在國內尚無統一的分類標準，在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統等進行分類。

（一）按用途分

機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種：一是專用機械手，它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產的自動換刀機械手，如自動機床、自動線的上、下料機械手和加工中心。二是通用機械手，它是一種具有獨立控制系統的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。在性能范圍內，其動作程序是可變的，通過調整可在不同場合使用，驅動系統和控制系統是獨立的。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產品種的中小批量自動化的生產。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種：簡易型以“開一關”式控制定位，只能是點位控制，伺服型可以是點位的，也可以實現連續控制，伺服型具有伺服系統定位控制系統，一般的伺服型通用機械手屬于數控類型。

（二）按驅動方式劃分

一般包括液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手，具體為：一是液壓傳動機械手，是以液壓的壓力來驅動執行機構運動的機械手。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統，可實現連續軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。二是，氣壓傳動機械手。是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動的機械手。其主要特點是：介質李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環境中進行工作。

（三）按控制方式劃分

按控制方式劃分，有點位控制與連續軌跡控制：一是點位控制，它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數多，則必然增加電氣控制系統的復雜性。目前使用的專用和通用工業機械手均屬于此類。二是連續軌跡控制。它的運動軌跡為空間的任意連續曲線，其特點是設定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現平穩和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統復雜。這類工業機械手一般采用小型計算機進行控制。

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