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附錄
外文文獻(xiàn)原文：
Simple Manipulator And The Control Of It
Along with the social production progress and people life rhythm is accelerating, people on production efficiency also continuously put forward new requirements. Because of microelectronics technology and calculation software and hardware technology rapid development and modern control theory, the perfection of the fast development, the robot technology pneumatic manipulator system because its media sources do not pollute the environment, simple and cheap components, convenient maintenance and system safety and reliability characteristic, has penetrated into every sector of the industrial field, in the industrial development plays an important role. This article tells of the pneumatic control robots, furious manipulator XY axis screw group, the turntable institutions, rotating mechanical parts base. Main effect is complete mechanical components handling work, to be placed in different kinds of line or logistics pipeline, make parts handling, transport of goods more quick and convenient.
Matters of the manipulator axial linkage simple structure and action process
Manipulator structure, as shown in figure 1 below have accused of manipulator (1), XY axis screw group (2), the turntable institutions (3), rotating base (4), etc.
Figure 1 Manipulator Structure
Its motion control mode is: (1) can rotate by servomotor Angle for 360 ° breath control manipulator (photoelectric sensor sure start 0 point); (2) by stepping motor drive screw component make along the X, Y manipulators move (have X, Y axis limit switches); (3) can rotates 360 ° can drive the turntable institutions manipulators and bushings free rotation (its electric drag in part by the dc motivation, photoelectric encoder, close to switch etc); (4) rotating base main support above 3 parts; (5) gas control manipulator by pressure control (Zhang close when pressed on, put inflatable robot manipulators loosen) when gas.
Its working process for: when the goods arrived, manipulator system begins to move; Stepping motor control, while the other start downward motion along the horizontal axis of the step-motor controller began to move exercise; Servo motor driver arrived just grab goods manipulators rotating the orientation of the place, then inflatable, manipulator clamped goods.
Vertical axis stepper motor drive up, the other horizontal axis stepper motor driver started to move forward; rotary DC motor rotation so that the whole robot motion, go to the cargo receiving area; longitudinal axis stepper motor driven down again, arrived at the designated location, Bleed valve, mechanical hand release the goods; system back to the place ready for the next action.
II.Device control
To achieve precise control purposes, according to market conditions, selection of a variety of key
components as follows:
1. Stepper motor and drive
Mechanical hand vertical axis (Y axis) and horizontal (X axis) is chosen Motor Technology Co., Ltd. Beijing Stone 42BYG250C type of two-phase hybrid stepping motor, step angle of 0.9 ° / 1.8 °, current is 1.5A. M1 is the horizontal axis motor driven manipulator stretch, shrink; M2 is the vertical axis motor driven manipulator rise and fall. The choice of stepper motor drive is SH-20403 type, the drive uses 10 ~ 40V DC power supply, H-phase bridge bipolar constant current drive, the maximum output current of 3A of the 8 optional, maximum fine of 64 segments of 7 sub-mode optional optical isolation, standard single-pulse interface, with offline capabilities to maintain semi-sealed enclosure can be adapted to environmental conditions even worse, provide semi-current energy-saving mode automatically. Drive the internal switching power supply design to ensure that the drive can be adapted to a wide voltage range, the user can according to their circumstances to choose between the 10 ~ 40VDC. Generally the higher rated power supply voltage can improve high-speed torque motor, but the drive will increase the loss and temperature rise. The maximum output drive current is 3A / phase (peak), six drive-panel DIP switch on the first three can be combined 5,6,7 8 out of state, corresponding to the 8 kinds of output current from 0.9A to 3A to meet the different motors. The drive can provide full step, half step improvement, subdivision 4, 8 segments, 16 segments, 32 segments and 64 segments of 7 operating modes. The use of six of the drive panel DIP switches 1,2and3 can be combined from three different states.
2. Servo motors and drives
Manipulator with Panasonic servo motor rotational movement A series of small inertia MSMA5AZA1G, the rated 50W, 100/200V share, rotary incremental encoder specifications (number of pulses 2500p / r, resolution of 10000p / r, Lead 11 lines) ; a seal, no brakes, shaft with keyway connections. The motor uses Panasonic's unique algorithms, the rate increased by 2 times the frequency response, to 500Hz; positioning over the past adjust the scheduled time by Panasonic servo motor products for the V Series of 1 / 4. With the resonance suppression, control, closed loop control, can make up for lack of mechanical rigidity, in order to achieve high positioning accuracy can also be an external grating to form closed loop control to further improve accuracy. With a conventional automatic gain adjustment and real-time automatic gain
Interest adjustment in the automatic gain adjustment methods, which also has RS-485, RS-232C communication port, the host controller can control up to 16 axes. Servo motor drives are a series MSDA5A3A1A, applicable to small inertia motor.
3. DC machine
360 ° swing of the turntable can be a brushless DC motor driven organization, the system is chosen when the profit company in Beijing and the 57BL1010H1 brushless DC motor, its speed range, low-speed torque, smooth running, low noise, high efficiency. Brushless DC motor drive using the Beijing and when Lee's BL-0408 produced by the drive, which uses 24 ~ 48V DC power supply, a start-stop and steering control, over current, overvoltage and locked rotor protection, and there is failure alarm output external analog speed control, braking down so fast.
4. Rotary encoder
Can swing 360 ° in the body on the turntable, fitted with OMRON E6A2 produced incremental rotary encoder, the encoder signals to the PLC, to achieve precise positioning of rotary bodies.
5. PLC Selection
According to the system design requirements, the choice of OMRON CPM2A produced minicomputer. CPM2A in a compact unit integrated with a variety of properties, including the synchronization pulse control, interrupt input, pulse output, analog set and clock functions. CPM2A the CPU unit is a stand-alone unit, capable of handling a wide range of application of mechanical control, it is built in the device control unit for the ideal product. Ensure the integrity of communications and personal computers, other OMRON PC and OMRON Programmable Terminal communication. The communication capability allows the robot to Axis simple easy integration into industrial control systems.
III. Software programming
1. Software flow chart
PLC programming flow chart is based. Only the design flow, it may be smooth and easy to prepare and write a statement form the ladder, and ultimately complete the process design. So write a flow chart of program design is critical to the task first thing to do. Axis Manipulator based on simple control requirements, drawing flow chart shown in Figure 2.
Figure 2 Software flow chart
2. Program part
Because space is limited, here only paper listed the first two program segment for readers see.
Figure 3 Program part
IV. Conclusion
Axis simple robot state by the various movements and PLC control, the robot can not only meet the manual, semi-automatic mode of operation required for such a large number of buttons, switches, position detection point requirements, but also through the interface components and Computer Organization PLC industrial LAN, network communication and network control. Axis simple robot can be easily embedded into industrial production pipeline.
中文譯文：
簡易機(jī)械手及控制
隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快,人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善,使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展,其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn),已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門,在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。本文講述的氣動(dòng)機(jī)械手有氣控機(jī)械手、XY軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作,能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中,使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。
一.四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過程
機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖1所示,有氣控機(jī)械手(1)、XY軸絲杠組(2)、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)基座(4)等組成。
圖1
其運(yùn)動(dòng)控制方式為：(1)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度為360°的氣控機(jī)械手(有光電傳感器確定起始0點(diǎn));(2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件使機(jī)械手沿X、Y軸移動(dòng)(有x、y軸限位開關(guān));(3)可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)能帶動(dòng)機(jī)械手及絲杠組自由旋轉(zhuǎn)(其電氣拖動(dòng)部分由直流電動(dòng)機(jī)、光電編碼器、接近開關(guān)等組成);(4)旋轉(zhuǎn)基座主要支撐以上3部分;(5)氣控機(jī)械手的張合由氣壓控制(充氣時(shí)機(jī)械手抓緊,放氣時(shí)機(jī)械手松開)。
其工作過程為：當(dāng)貨物到達(dá)時(shí),機(jī)械手系統(tǒng)開始動(dòng)作;步進(jìn)電機(jī)控制開始向下運(yùn)動(dòng),同時(shí)另一路步進(jìn)電機(jī)控制橫軸開始向前運(yùn)動(dòng);伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到達(dá)正好抓取貨物的方位處,然后充氣,機(jī)械手夾住貨物。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱軸上升,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫軸開始向前走;轉(zhuǎn)盤直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使機(jī)械手整體運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)到貨物接收處;步進(jìn)電機(jī)再次驅(qū)動(dòng)縱軸下降,到達(dá)指定位置后,氣閥放氣,機(jī)械手松開貨物;系統(tǒng)回位準(zhǔn)備下一次動(dòng)作。
二.控制器件選型
為達(dá)到精確控制的目的,根據(jù)市場情況,對(duì)各種關(guān)鍵器件選型如下：
1.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器
機(jī)械手縱軸(Y軸)和橫軸(X軸)選用的是北京四通電機(jī)技術(shù)有限公司的42BYG250C型兩相混合式步進(jìn)電機(jī),步距角為0.9°/1.8°,電流1.5A。M1是橫軸電機(jī),帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)伸、縮;M2是縱軸電機(jī),帶動(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)上升、下降。所選用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是SH-20403型,該驅(qū)動(dòng)器采用10～40V直流供電,H橋雙極性恒相電流驅(qū)動(dòng),最大3A的8種輸出電流可選,最大64細(xì)分的7種細(xì)分模式可選,輸入信號(hào)光電隔離,標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口,有脫機(jī)保持功能,半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更惡劣的工況環(huán)境,提供節(jié)能的自動(dòng)半電流方式。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì),保證了驅(qū)動(dòng)器可適應(yīng)較寬的電壓范圍,用戶可根據(jù)各自情況在10～40VDC之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩,但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和溫升。本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為3A/相(峰值),通過驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7，三位可組合出8種狀態(tài),對(duì)應(yīng)8種輸出電流,從0.9A到3A以配合不同的電機(jī)使用。本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分7種運(yùn)行模式,利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3，三位可組合出不同的狀態(tài)。
2.伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器
機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作采用松下伺服電機(jī)A系列小慣量MSMA5AZA1G,其額定輸出50W、100/200V共用,旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式(脈沖數(shù)2500p/r、分辨率10000p/r、引出線11線);有油封,無制動(dòng)器,軸采用鍵槽連接。該電機(jī)采用松下公司獨(dú)特算法,使速度頻率響應(yīng)提高2倍,達(dá)到500Hz;定位超調(diào)整定時(shí)間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全閉環(huán)控制功能,可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足,從而實(shí)現(xiàn)高速定位,也可通過外接高精度的光柵尺,構(gòu)成全閉環(huán)控制,進(jìn)一步提高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增
益調(diào)整兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式,還配有RS-485、RS-232C通信口,使上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為A系列MSDA5A3A1A,適用于小慣量電動(dòng)機(jī)。
3.直流電機(jī)
可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)有直流無刷電機(jī)帶動(dòng),系統(tǒng)選用的是北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的57BL1010H1無刷直流電機(jī),其調(diào)速范圍寬、低速力矩大、運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、效率高。無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用北京和時(shí)利公司生產(chǎn)的BL-0408驅(qū)動(dòng)器,其采用24～48V直流供電,有起停及轉(zhuǎn)向控制、過流、過壓及堵轉(zhuǎn)保護(hù),且有故障報(bào)警輸出、外部模擬量調(diào)速、制動(dòng)快速停機(jī)等特點(diǎn)。
4.旋轉(zhuǎn)編碼器
在可回旋360°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上,安裝有OMRON公司生產(chǎn)的E6A2增量型旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器將信號(hào)傳給PLC,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的精確定位。
5. PLC的選型
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,選用OMRON公司生產(chǎn)的CPM2A小型機(jī)。CPM2A在一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能,包括同步脈沖控制、中斷輸入、脈沖輸出、模擬量設(shè)定和時(shí)鐘功能等。CPM2A的CPU單元又是一個(gè)獨(dú)立單元,能處理廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用問題,所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品。完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)、其它OMRON PC和OMRON可編程終端的通信。這些通信能力使四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手能方便的融合到工業(yè)控制系統(tǒng)中。
三.軟件編程
1.軟件流程圖
流程圖是PLC程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。只有設(shè)計(jì)出流程圖,才可能順利而便捷地編寫出梯形圖并寫出語句表,最終完成程序的設(shè)計(jì)。所以寫出流程圖非常關(guān)鍵也是程序設(shè)計(jì)首先要做的任務(wù)。依據(jù)四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的控制要求,繪制流程圖如圖2所示。
圖2.軟件流程圖
2.程序部分
由于論文篇幅有限,這里只列出了開始兩段程序,供讀者參閱,見圖3。
圖3 程序列表
四.結(jié)束語
四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作和狀態(tài)都由PLC控制,不僅能滿足機(jī)械手的手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)等操作方式所需的大量按扭、開關(guān)、位置檢測點(diǎn)的要求,更可通過接口元器件與計(jì)算機(jī)組成PLC工業(yè)局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使四軸聯(lián)動(dòng)簡易機(jī)械手能方便地嵌入到工業(yè)生產(chǎn)流水線中。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)
1102班
學(xué)生：張鐸
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：
1.設(shè)計(jì)說明書一份
2.CAD圖紙一套（包括總裝圖、零件圖 ）
3.文獻(xiàn)綜述（不少于3000字）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：
三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)
起止時(shí)間： 2015年3月6日至 2015年6月5日
指導(dǎo)教師： 簽字 2015年 3 月 6 日
沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績考核評(píng)價(jià)表
畢業(yè)設(shè)計(jì)
名 稱
三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)
1102
姓名
張鐸
評(píng)價(jià)人
權(quán)重
評(píng)價(jià)點(diǎn)
得分
指導(dǎo)教師
10
圖紙完備、整潔，設(shè)計(jì)說明書的撰寫質(zhì)量
5
分析、計(jì)算、論證的綜合能力
5
能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立工作能力強(qiáng)
5
畢業(yè)實(shí)習(xí)表現(xiàn)、進(jìn)度表書寫情況
評(píng)閱人
10
設(shè)計(jì)的有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解，有一定應(yīng)用價(jià)值
5
設(shè)計(jì)的難度和工作量，結(jié)合本專業(yè)情況
5
計(jì)算、圖紙、公式、符號(hào)、單位是否符合工程設(shè)計(jì)規(guī)范
5
說明書的條理性、語言、書寫、圖表水平
答辯小組
10
設(shè)計(jì)規(guī)格符合要求及答辯規(guī)范程度
10
答辯掛圖準(zhǔn)備情況
10
答辯中思維敏捷，知識(shí)面寬厚程度
10
回答問題的正確性，有無錯(cuò)誤
10
是否有創(chuàng)新意識(shí)，設(shè)計(jì)是否有新意
教師、評(píng)閱人和答辯小組按以上各條的相應(yīng)評(píng)價(jià)點(diǎn)給出得分，合計(jì)總分?jǐn)?shù)。
在總成績分?jǐn)?shù)中，90-100分為優(yōu)秀，80-89分為良好，70-79為中等，60-69為及格，不足60分為不及格，列入本表右側(cè)成績欄中。
注意：有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象的學(xué)生成績應(yīng)定為不及格，有抄襲現(xiàn)象但不嚴(yán)重的學(xué)生成績應(yīng)降檔處理。指導(dǎo)教師、評(píng)閱人及答辯小組對(duì)此應(yīng)切實(shí)注意，如有不可解決的分歧，可交于院系答辯委員會(huì)裁定。
合計(jì)分?jǐn)?shù)
成績
答辯小組：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱意見表
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)
1102
姓名
張鐸
題目
三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
指
導(dǎo)
教
師
評(píng)
語
張鐸同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)題目為三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)檢查得出以下結(jié)論：
1．完成圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的規(guī)定畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作量。
2．設(shè)計(jì)計(jì)算書參數(shù)選取及計(jì)算正確，應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識(shí)的能力較強(qiáng)，文中插圖較合理。
3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較好， 視圖表達(dá)較為清晰，能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪圖。
4．具有良好的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，能夠結(jié)合題目進(jìn)行分析運(yùn)算，基礎(chǔ)概念清楚。
5．能夠結(jié)合題目查閱技術(shù)文獻(xiàn)，參考文獻(xiàn)較多。
可以參加答辯。
簽字： 2015年 5月 25日
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述
三自由度全液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
班級(jí)：機(jī)制1102 姓名：張鐸 指導(dǎo)老師：趙艷春
1.?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀?
機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式，能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備，也是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。其中，通用機(jī)械手具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，程序多變，動(dòng)作靈活多變等特點(diǎn)，在中小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)中得到大量應(yīng)用。
在國外，像日本，美國，德國等國家，以微型內(nèi)置伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)主動(dòng)力的精密機(jī)械手，則是世界自動(dòng)化領(lǐng)域中更深高次的發(fā)展。相對(duì)一般的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)械手，這種精密型的機(jī)械手具有動(dòng)作精度高，體積相對(duì)小巧，高度智能化的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水下精密作業(yè)，人體內(nèi)部手術(shù)作業(yè)，農(nóng)業(yè)果實(shí)采摘等領(lǐng)域。由于這種類型的機(jī)械手更突出的要求是精密型，故其整體結(jié)構(gòu)為多關(guān)節(jié)、多驅(qū)動(dòng)型，每個(gè)關(guān)節(jié)都有獨(dú)立伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，這些伺服電機(jī)則由軀干內(nèi)部的PLC等核心處理器做統(tǒng)一控制管理，以達(dá)到靈活多變的控制要求。
現(xiàn)今使用的機(jī)械手主要可分為極坐標(biāo)型機(jī)械手和關(guān)節(jié)型機(jī)械手，這兩種機(jī)械手可以提供較大的工作空間，恰好可以滿足一般的機(jī)械手在工作空間上的要求。韓國最早開發(fā)的用于果實(shí)采摘的極坐標(biāo)機(jī)械手臂，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可以自由移動(dòng)，絲杠關(guān)節(jié)可以上下移動(dòng)，從而使作業(yè)空間達(dá)到3m。日本東都大學(xué)也在20世紀(jì)80年代研制出了5自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手。實(shí)驗(yàn)表明這種機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)空間上雖然沒有極坐標(biāo)機(jī)械手到位，且末端執(zhí)行器的可操作能力較低，但結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，工作更加靈活，在不需要較復(fù)雜操作的工作環(huán)境下，體現(xiàn)出一定優(yōu)勢。京都大學(xué)在此基礎(chǔ)上又開發(fā)出了7個(gè)自由度的機(jī)械手，解決了其相對(duì)極坐標(biāo)機(jī)械手在工作空間上不足的缺點(diǎn)，在關(guān)節(jié)型機(jī)械手領(lǐng)域達(dá)到了一個(gè)更高的高度。?
機(jī)械手可以模仿人手的某些動(dòng)作和功能，用固定的程序和軌跡完成抓取、搬運(yùn)物件等操作。特別是在當(dāng)前勞工緊缺，勞動(dòng)力成本日益提高的社會(huì)背景下，機(jī)械手的使用可以替代人的繁重勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的同時(shí)也大大減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。同時(shí)，由于它可在高溫、高壓、多粉塵、易燃易爆、放射性等惡劣或危險(xiǎn)環(huán)境下，替代人類作業(yè)保護(hù)工人的人身安全，因而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能工業(yè)等部門。
2．研究方向?
機(jī)械手的工作環(huán)境是非結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)，涉及到多門學(xué)科知識(shí)，不同的工作場合和不同的工作對(duì)象給機(jī)械手的研制特別是末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研制帶來了無限的空間和全新的挑戰(zhàn)。機(jī)械手在某種程度和場合上代替了人類的大量工作，但是它的使用卻并沒有達(dá)到廣泛普及的程度，這主要是由于存在2個(gè)關(guān)鍵的問題：一方面，機(jī)械手的智能化程度沒有達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)需要機(jī)械手具有相當(dāng)高的智能和柔性作業(yè)的能力以適應(yīng)復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境；另一方面，購買和研制機(jī)械手成本高，會(huì)加重企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且其工作范圍較局限，機(jī)械手的使用效率并不高。?
現(xiàn)今機(jī)械手使用效率低的原因是其工作通用性不強(qiáng)，在使用上不夠靈活，更換工作場合甚至更換工作對(duì)象都需要對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)做出較大的改進(jìn)，加大了研發(fā)技術(shù)人員的工作量，也加大了研發(fā)成本。當(dāng)機(jī)械手的操作動(dòng)作比較復(fù)雜的時(shí)候，由于機(jī)器人的自由度較多，雖然運(yùn)動(dòng)靈活，但是對(duì)其的控制也愈困難，增加了研發(fā)的難度，對(duì)技術(shù)人員的要求較高。?
因此機(jī)械手必須具有以下的特征：一方面要能夠準(zhǔn)確的定位和并抓牢物件，另一方面要能夠使機(jī)械手特別是手臂部分移動(dòng)自如而不和物件或其他設(shè)備碰撞，使其結(jié)構(gòu)緊湊，容易轉(zhuǎn)彎；再者，其通用性要強(qiáng)，可以使其應(yīng)用于不同場合和不同工作對(duì)象。?
2.1機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式
驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)機(jī)械手達(dá)到指定位置的動(dòng)力源。目前使用的主要有4種驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？紤]到提高效率的需要，機(jī)械手的動(dòng)作一般都需要快速、精確且平穩(wěn)，因此液壓或氣壓傳動(dòng)在這之中的應(yīng)用比較廣。相對(duì)而言，氣壓傳動(dòng)可避免油液泄露和減小壓力損失，節(jié)能，高效且對(duì)環(huán)境污染小，故選用氣壓傳動(dòng)的方式最為常見。?
2.1機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)?
目前，應(yīng)用最多的機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)總體可分為三大類，滑塊連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)，氣動(dòng)式積木機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)和純關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)。?
機(jī)械手整機(jī)可分為機(jī)身、大臂、小臂(含手腕)3部分。機(jī)身與大臂、大臂與小臂、小臂與手腕有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以保證達(dá)到工作空間的任意位置，手腕中又有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：腕轉(zhuǎn)、腕曲、腕擺，以實(shí)現(xiàn)末端操作器的任意空間姿態(tài)。手腕的端部為一個(gè)法蘭，以連接末端操作器，這是一個(gè)通用性接口，以供用戶配置多個(gè)手部裝置或工具。這種手臂結(jié)構(gòu)和滑塊連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)型手臂類似，但缺少了連桿，動(dòng)作直接由內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)動(dòng)性和靈活性更強(qiáng)，但內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。
2.3機(jī)械手機(jī)座結(jié)構(gòu)?
機(jī)座除了對(duì)機(jī)械手起到固定和支撐作用外，還要確保其腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前應(yīng)用最多的幾座分為固定式機(jī)座和移動(dòng)式機(jī)座兩種。固定式機(jī)座通常作為關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂等空間自由度較多且動(dòng)作相對(duì)靈活的機(jī)械手底座，通常只提供一個(gè)腰部的旋轉(zhuǎn)自由度。移動(dòng)式機(jī)座則通常作為積木式機(jī)械手臂等要求結(jié)構(gòu)簡化且不需要太多自由度的機(jī)械手的底座，通常需要提供水平面上的兩個(gè)移動(dòng)自由度和繞的腰部旋轉(zhuǎn)一個(gè)自由度，這種結(jié)構(gòu)可以將本該設(shè)置在機(jī)械手臂上的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到機(jī)座中，有效簡化機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使控制和設(shè)計(jì)都更加簡單。
2.4?機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)?
機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手能否完成抓取或其他作業(yè)動(dòng)作的關(guān)鍵部分，控制最為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也最為精細(xì)緊湊，其基本機(jī)構(gòu)取決于工作對(duì)象的特性及工作方式。選用或設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器之前都需要預(yù)先考慮和分析操作對(duì)象的生物特性，機(jī)械特性或者理化特性，到目前為止，末端執(zhí)行器都是專用的，以避免碰傷或損壞操作對(duì)象。目前使用最多的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)有卡盤式結(jié)構(gòu)和仿真型手指式結(jié)構(gòu)。
此類末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)適合于抓取環(huán)類或帶內(nèi)孔的工件，主要靠氣壓推動(dòng)滑塊活塞向下運(yùn)動(dòng)，滑塊的斜面和楔形快的楔形面接觸，并使楔形塊向兩邊運(yùn)動(dòng)，發(fā)生脹緊，從而抓起工件。放料時(shí)氣缸退回，為防止活塞和楔形快卡死，在活塞底部采用一個(gè)復(fù)位彈簧，使活塞在放氣后能自行退回。此類機(jī)構(gòu)的功能主要由腕臂末端的滑塊活塞和楔形塊完成，其設(shè)計(jì)可以和手臂部分的設(shè)計(jì)保持相對(duì)獨(dú)立，這樣就可以針對(duì)不同的工作對(duì)象設(shè)計(jì)不同的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，增強(qiáng)了機(jī)械手的通用性。
３．結(jié)束語??
機(jī)械手充分利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化技術(shù)，結(jié)構(gòu)愈加簡單，功能更加強(qiáng)大，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求選擇相應(yīng)功能、參數(shù)和機(jī)構(gòu)模塊，像搭積木一樣進(jìn)行組合，靈活多變。這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，反應(yīng)了自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)發(fā)展方向。另外，氣動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)化技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，也將逐漸貫徹于機(jī)械手的開發(fā)及應(yīng)用中。實(shí)踐證明，隨著自動(dòng)化水平的日益提高和普及，機(jī)械手在現(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)的使用已經(jīng)逐漸占據(jù)舉足輕重的地位。但就目前而言，機(jī)械手的應(yīng)用主要停留在粗放型作業(yè)的環(huán)境中，這主要是由于世界各國對(duì)機(jī)械手精密操作這種高科技領(lǐng)域的研究與開發(fā)還很不成熟，在機(jī)械手的具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，各部位的驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)，甚至更高要求的傳感器選擇方面有待更深層次的研究。
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