【導(dǎo)讀】peopleandmachines,inparticular,reflectsthepeople'sintelligence

　　

【正文】 到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù) 和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 一、 工業(yè)機(jī)械手的概述 機(jī)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(jī)器，它有多 個(gè)自由度， 可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)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(jī)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(jìn)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(jī)械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸と肆魇矢?，以及為工? 交工傷費(fèi)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(shí)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(jìn)行加工、裝配等作 業(yè)自化，已愈來 愈引起我們重視。 機(jī)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(shí)現(xiàn)自動抓取、 搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。 在現(xiàn)實(shí)生活中，你是否會發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問題。在機(jī)械工廠里，加工零件裝料的 時(shí)候是不是很煩的，勞動生產(chǎn)率不高，生產(chǎn)成本大，有時(shí)候還會發(fā)生一些人為事故，導(dǎo)致加工者受傷。 想想看用什么可以來代替呢， 加工的時(shí)候只要有幾個(gè)人巡視一下， 且可以二十四個(gè)小時(shí)飽和運(yùn)作， 人行嗎？回答是肯定的， 但是機(jī)械手可以來代替它。 生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率 。可以減輕勞動強(qiáng) 度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)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(jìn)行正常的工作。想到這里我就 很想設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手，來用于生產(chǎn)實(shí)際中。 為什么選著設(shè)計(jì)機(jī)械手用氣動來提供動力：氣動機(jī)械手是指以壓縮空氣為動力 源驅(qū)動的機(jī)械手。用氣壓驅(qū)動與其他能源驅(qū)動比較有以下優(yōu)點(diǎn)： ， 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(yuǎn)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(diǎn)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(jī)構(gòu)運(yùn)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(gè)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(diǎn)： 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(yán)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(yuǎn)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(fù)運(yùn)動推力在 1~2 噸以下采用氣動經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)過載自動保護(hù) . 二﹑機(jī)械手的組成 機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形 式是相同的 ，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)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(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)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(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動系統(tǒng)分機(jī)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(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方 向、位置、速度進(jìn) 行動作，簡單的機(jī)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(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作．動作復(fù)雜的 機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 三﹑ 機(jī)械手的分類和特點(diǎn) 機(jī)械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手。它是一種獨(dú)立 的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定的 操作。它的特點(diǎn)是具備普通機(jī)械的性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī) 械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機(jī)。它起源于原子 、軍事工業(yè)，先是通過 操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機(jī)來進(jìn)行探測月球等。工 業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是用專用機(jī)械手，主要附屬于自動 機(jī)床或自動線上，用以解決機(jī)床上下料和工件送。這種機(jī)械手在國外稱為 “ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)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(diǎn)： (1) 機(jī)械手（上下料機(jī)械手、裝配機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、堆垛機(jī)械手、助力機(jī) 械手、真空搬運(yùn)機(jī)、 真空吸吊機(jī)、省力吊具、氣動平衡器等）。 (2) 懸臂 起重機(jī)（懸臂吊、電動環(huán)鏈葫蘆吊、氣動平衡吊等） (3) 導(dǎo)軌式搬運(yùn)系統(tǒng)（懸掛軌道、輕型軌道、單梁起重機(jī)、雙梁起重機(jī)） (4) 工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)械手是在機(jī)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(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)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(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知 疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因 此，機(jī)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(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)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(jī) 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(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 (4) 可在危險(xiǎn)場合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。 (5) 宇宙及海洋的開發(fā)。 (6) 軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 助力機(jī)械手 :又稱平衡器、平衡吊、省力吊具、手動 移載機(jī)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(yùn)時(shí)省力化操作的助力設(shè)備 ,屬于一種 非標(biāo)設(shè)計(jì)的系列化產(chǎn)品。針對客戶應(yīng)用需求，量身定制的個(gè)案創(chuàng)作。 一種模擬人手操作的自動機(jī)械，它可按固定程序抓取﹑搬運(yùn)物件或操持工具完 成某些特定操作。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)﹑重復(fù)或繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)的機(jī)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(jì) 40 年代后期，美國在原子能實(shí)驗(yàn)中，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性 材料，人在安全室操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。 50 年代以后，機(jī)械手逐步推廣 到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫﹑污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床 的輔助裝置在自動機(jī)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(jī)械手主要由手部機(jī)構(gòu)和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手 部機(jī)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(yùn)動機(jī)構(gòu)一般由液壓﹑氣動﹑電氣裝置驅(qū)動。機(jī)械手可獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)伸縮﹑旋轉(zhuǎn)和昇降等運(yùn) 動，一般有 2～ 3 個(gè)自由度。機(jī)械手廣泛用于機(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害 環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子 能等部門。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)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(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也 常稱為機(jī)械手。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)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(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢 ...... 機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)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(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地 實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手能代替人 類完成危險(xiǎn)、 重復(fù)枯燥的工作， 減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行 業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、 組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)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(gè)重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)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(qiáng)。當(dāng)工件變更時(shí)，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(jī)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(jī)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(jì)上、技術(shù) 上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。