【導讀】peopleandmachines,inparticular,reflectsthepeople'sintelligence

　　

【正文】 工業(yè)機械手的概述 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多 個自由度， 可用來搬運物體以完成在各個不同 環(huán)境中工作。 在工資水平較低的中國， 塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子 和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設(shè)在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn) 在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國本土塑料加工廠也開 始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及為工人 交工傷費帶來的挑戰(zhàn)。 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展， 特別是改革開發(fā)以后， 自動化程度的迅速提高， 實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操作釬焊、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作 業(yè)自化 ，已愈來愈引起我們重視。 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定的程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、 搬運或操作的自動機械裝置。 在現(xiàn)實生活中，你是否會發(fā)現(xiàn)這樣一個問題。在機械工廠里，加工零件裝料的 時候是不是很煩的，勞動生產(chǎn)率不高，生產(chǎn)成本大，有時候還會發(fā)生一些人為事故，導致加工者受傷。 想想看用什么可以來代替呢， 加工的時候只要有幾個人巡視一下， 且可以二十四個小時飽和運作， 人行嗎？回答是肯定的， 但是機械手可以來代替它。 生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 ?？梢詼p輕勞動強 度、保證產(chǎn)品質(zhì) 量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其是在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易 爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中能夠代替人進行正常的工作。想到這里我就 很想設(shè)計一個機械手，來用于生產(chǎn)實際中。 為什么選著設(shè)計機械手用氣動來提供動力：氣動機械手是指以壓縮空氣為動力 源驅(qū)動的機械手。用氣壓驅(qū)動與其他能源驅(qū)動比較有以下優(yōu)點： ， 用過之后排入大氣，不需要回收和處理，不污染環(huán)境。 （環(huán)保的概念） 性很小，管路中壓力損失也很小（一般氣路阻力損失不到油路的千分之一） ，便于 遠距離輸送。 (一般為 4～ 8 公斤 /每平方厘米 )，因此對 動元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。 ， 它的動作和反應(yīng)都快， 這是氣動突出的優(yōu)點之一。，亦不會變質(zhì)，管路不易堵塞。但是也 有它美中不足的地方：，致使氣動工作的穩(wěn)定性差，因而造 成執(zhí)行機構(gòu)運動速度和定為精度不易控制。 ，輸出力不可能太 大，為了增加輸出力，必然使整個氣動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸加大。 用氣壓驅(qū)動與用其他能源驅(qū)動比較有以下優(yōu)點： 空氣取之不竭，用過之后排入大氣，不需回收和處理，不污染環(huán) 境。偶然的或 少量的泄漏不致對生產(chǎn)發(fā)生嚴重的影響。 空氣的粘性很小，管路中壓力損失也就很小，便于遠距離輸送。 壓縮空氣的工作壓力較低，因此對氣動元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。 一般說來，往復運動推力在 1~2 噸以下采用氣動經(jīng)濟性較好。 與液壓傳動相比，它的動作和反應(yīng)都快，這是氣動的突出優(yōu)點之一。 空氣介質(zhì)清潔，亦不會變質(zhì)，管路不易堵塞。 它可安全地應(yīng)用在易燃、易爆和粉塵大的場合。又便于實現(xiàn)過載自動保護 . 二﹑機械手的組成 機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形 式是相同的 ，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 1. 執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的 元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支 撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。 2. 傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓 傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。 3. 控制系統(tǒng) 機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進 行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控 制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作．動作復雜的 機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。 三﹑ 機械手的分類和特點 機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立 的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的 操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機 械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過 操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工 業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動 機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為 “ Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動；除少數(shù)以外，工作程序 一般是固定的，因此是專用的。 主要特點： (1) 機械手（上下料機械手、裝配機械手、搬運機械手、堆垛機械手、助力機 械手、真空搬運機、 真空吸吊機、省力吊具、氣動平衡器等）。 (2) 懸臂起重機（懸臂吊、電動環(huán)鏈葫蘆吊、氣動平衡吊等） (3) 導軌式搬運系統(tǒng)（懸掛軌道、輕型軌道、單梁起重機、雙梁起重機） (4) 工業(yè)機械手的應(yīng)用 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域 內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。 機械手雖然目前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大等特點，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(yīng)用，例如： (1) 機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。 (2) 在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機 械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 (3) 可在勞動條件差，單調(diào)重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 (4) 可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。 (5) 宇宙及海洋的開發(fā)。 (6) 軍事工程及生物醫(yī)學方面的研究和試 驗。 助力機械手 :又稱平衡器、平衡吊、省力吊具、手動移載機等，是一種無重力 化手動承載系統(tǒng)，一種新穎的、用于物料搬運時省力化操作的助力設(shè)備 ,屬于一種 非標設(shè)計的系列化產(chǎn)品。針對客戶應(yīng)用需求，量身定制的個案創(chuàng)作。 一種模擬人手操作的自動機械，它可按固定程序抓取﹑搬運物件或操持工具完 成某些特定操作。應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)﹑重復或繁重的體力勞動，實現(xiàn) 生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人 身安全。 20 世紀 40 年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性 材料，人在安全室操縱機械手進行各種操作和實驗。50 年代以后，機械手逐步推廣 到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫﹑污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床 的輔助裝置在自動機床﹑自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取 放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機械手主要由手部機構(gòu)和運動機構(gòu)組成。手 部機構(gòu)隨使用場合和操作對象而不同，常見的有夾持﹑托持和吸附等類型。運動機構(gòu)一般由液壓﹑氣動﹑電氣裝置驅(qū)動。機械手可獨立地實現(xiàn)伸縮﹑旋轉(zhuǎn)和昇降等運 動，一般有 2～ 3 個自由度。機械手廣泛用于機械製造﹑冶金﹑輕工和原 子能等部 門。 能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具 的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害 環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子 能等部門。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也 常稱為機械手。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持 工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢 ...... 機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化 裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著 電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi) 迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好 地 實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。 機械手能代替人類完成危險、 重復枯燥的工作， 減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行 業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、 組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單 元 FMC 中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔 性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊， 而且適應(yīng)性很強。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很 容易改變，有利于企業(yè)不斷更新 適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè) 機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平 低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術(shù) 上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設(shè)計是非常有意義的。