【文章內容簡介】 驅動機械手執(zhí)行機構進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。氣壓驅動式其驅動系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。 電氣驅動式 電氣驅動是機械手使用得最多的一種驅動方式。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節(jié)型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅動方式。由于電機速度高，通常須采用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等）。有此機械手已開始采用無減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化，又可提高控制精度。機械驅動式機械驅動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構來實現規(guī)定的動作。其特點是動作確實可靠，工作速度高，成本低，但不易于調整。其他還有采用混合驅動，即液氣或電液混合驅動[4]。 控制系統(tǒng)機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續(xù)軌跡控制兩種。 控制系統(tǒng)可根據動作的要求，設計采用數字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據規(guī)定的程序，控制機械手進行工作程序的存儲方式有分離存儲和集中存儲兩種。分離存儲是將各種控制因素的信息分別存儲于兩種以上的存儲裝置中，如順序信息存儲于插銷板、凸輪轉鼓、穿孔帶內；位置信息存儲于時間繼電器、定速回轉鼓等；集中存儲是將各種控制因素的信息全部存儲于一種存儲裝置內，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時間、速度等必須同時控制的場合，即連續(xù)控制的情況下使用。 其中插銷板使用于需要迅速改變程序的場合。換一種程序只需抽換一種插銷板限可，而同一插件又可以反復使用；穿孔帶容納的程序長度可不受限制，但如果發(fā)生錯誤時就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便于更換、保存，可重復使用；磁蕊和磁鼓僅適用于存儲容量較大的場合。至于選擇哪一種控制元件，則根據動作的復雜程序和精確程序來確定。對動作復雜的機械手，采用求教再現型控制系統(tǒng)。更復雜的機械手采用數字控制系統(tǒng)、小型計算機或微處理機控制的系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)以插銷板用的最多，其次是凸輪轉鼓。它裝有許多凸輪，每一個凸輪分配給一個運動軸，轉鼓運動一周便完成一個循環(huán)。 課題的提出 應用前景 隨著網絡技巧的發(fā)展，機械手的聯網操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。 市場需求機械手是在機械化，自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產業(yè)的高速發(fā)展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰。二是海內塑料加工產業(yè)的高速發(fā)展，對塑料機械的需求旺盛[5]。 應用領域：主要讓機器人在機械制造業(yè)中代替人完成大批量、高質量要求的工作，如汽車制造、艦船制造及某些家電產品（電視機、電冰箱、洗衣機）的制造等。化工等行業(yè)自動化生產線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝等工作，也有部分是由機器人完成的。 ：主要讓機器人執(zhí)行一些自動的偵察與控制任務，尤其是一些相對較為危險的任務，比如，無人偵察機、拆除炸彈的機器人及掃雷機器人等。機器人還可以代替士兵去完成那些不太復雜的工程及后勤任務，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來，去從事更加重要的工作。：機器人在娛樂領域的應用十分廣泛，比如，機器人足球大賽、機器人彈鋼琴和機器人寵物等。：機器人主要用來輔助護士進行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運送用藥品及自動監(jiān)測病房內的空氣質量，等等。宜用機器人還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術，例如，眼部手術、腦部手術等。美國還發(fā)明了一種可以進入人體血管的微型機器人，幫助醫(yī)生在病人的血管內滅殺病毒。 第二章 機械手整體設計方案 機械手總體設計 直角坐標機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。由于直線運動易于實現全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標機器人有可能達到很高的位置精度（μm級）。但是，這種直角坐標機器人的運動空間相對機器人的結構尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現一定的運動空間，直角坐標機器人的結構尺寸要比其他類型的機器人的結構尺寸大得多。 直角坐標機器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標機器人主要用于裝配作業(yè)及搬運作業(yè)，直角坐標機器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。 圓柱坐標機器人的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的。這種機器人構造比較簡單，精度還可以，常用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個圓柱狀的空間。3. 球坐標機器人結構 球坐標機器人的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的。這種機器人結構簡單、成本較低，但精度不很高。主要應用于搬運作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間。4. 關節(jié)型機器人結構 關節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉運動實現的。關節(jié)型機器人動作靈活，結構緊湊，占地面積小。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機器人在工業(yè)中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人[6]。 關節(jié)型機器人結構，有水平關節(jié)型和垂直關節(jié)型兩種。圖21 四種機器人坐標形式 機械手工作過程 本課題采用直角坐標設計。機械手的初始位置停在原點，按下啟動按鈕后，機械手將完成一系列動作：從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，機械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，機械手右移停止。若此時工作臺上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥通電，機械手下降。于是又開始下降—放松—再上升—左移，回到原點。至此機械手經過8步動作完成