机械手国内外发展情况

1、务书机械手的相关资料一.机械手的组成及分类:一、组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统 相互之间的关系如方框图1-4所示。校制系及-J度初焉|*入行机构|州.工可图1-4机械手的组成方框图（一）执行机构"包括手部、手腕.手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1.手部即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附 式手部。夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构所构成，手指是与物件直接接触， 而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务,吸附式手部主要由吸盘等构 成，它是做吸附力（如吸盘内形成负压或产生电磁力）吸附物件。2,手腕

2、是联接手部和手肾的部件，起调赘或改变工件方位的作用.3 .手臂支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置.4 .立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升 降（或脩仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱通常为固定不动的，但因工作 需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。5 .行走机构 机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走 机构。滚轮式行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传 动装置。6 .机座 它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱:动系统均安装于 机座上，故起支承和联接的作用.（二）驱动系统机械手的飘动

3、系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动，气压传 动、电力传动和机械传动等四种形式。三）控制系统有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部 分，它支配着机械手按规定的程序运动，并圮忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺 序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。（四）位置检测装置控制机械手执行机构的运劫位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统， 并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行胃整，从而使执行机构以一定的精度 达到设定位置。.二、分类由于

4、机械手还没有统一的分类标准，在此暂按使用范围、妪动方式和控制系统等诩 行分类。（一）按用途分机械手可分为专用和通用机械手两种，.1 .专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。 专用机械手具有动作少、工作对象第一.结构简单、实用可毒和造价低等特点，适用于 大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自 动换刀机械手。2,通用机械手 它是一种具有独立控制系统的，程序可变的、动作灵活多样的机 械手。通用机械手的工作范围大、定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的 中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型

5、两种，简易型以“开一 关”式控制定位，只能是点位控制,伺服型具有同服定位控制系统,可以是点位的，也可 以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型，困13所示为简易数 控型通用机械手。二）按驱动方式分】液压传动机械手是以油液的压力来电动执行机构运动的机械手。其主要特点 是，抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧碳、动作灵敏。但对密封装置要求严 格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若 机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电 液伺服阚的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2 .气压传动机械手是以压缩空气的压力来

6、驱动执行机构运动的机械手。其主要特 点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩 的特性，工作速度的稳定性较差，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，适用于 高速、轻装.高温和粉尘大的环境中进行工作。3 .机械传动机械手 即由机械传动机构如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构 等）驱动的机械手。它是一种附属干工作主机的专用机械手，共动力是由工作机械传递 的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常 被用于为工作主机的上、下料。4 .电力传动机械手即由特殊结构的感应电动机，直线电机或功率步进电机直接驱 动执行机构运动的机械手,因为不

7、需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机 机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便.此类机城手目前还不多，但有发展前逢.<=>按控制方式分1 .点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的 位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数越多，则必然增加电气控制系统的更杂 性。目前多数机械手属于点位控制。2 .连续轨迹控制 它的运动轨述为空间的任意连续曲线，其带点是设定点为无限 的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稔和准确的运动，并且使用范困广，但电 气控制系统复杂.按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座捺型式可分为下列几种,(-)B角座标式如图1

8、 9所示的机械手，其手臂的运动系由三个直线运动所组成，即沿直角座标系的X轴的伸缩、沿Z轴的升降、沿Y轴的横移。这种座标型式的机械手称为直角座株 式机械手。它的特点是结构简单，定位精度高，适用于主机位置成行排列的场合。但是 由千占地面积大而工作范围小以及灵活性差.限制了它的使用范围C3壬务书（二）圆柱座标式如图1 10所示的机械手，其手臂的运动系由两个直线运动和一个回转所组成，即 沿X轴的伸缩、沿z轴的升降和绕Z轴的回转。这种座标型式的机械手称为圆柱座标式机 械手。它与宜角座标式相比较，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到较高 的定位精度，因此应用较广泛。但由于机械手结构的关系，沿Z轴方

9、向移动的展低位置 受到限制，故不能抓取地面上的物件。图1 -io圆柱座标式" t（三）球座标式如图1 -L1所示的机械手，其手臂的运动系由一个直线运动和两个转动所组成，即 沿X轴的伸缩、绕Y轴的俯仰和绕Z轴的回转。这种座标型式的机械手称为球座标式机 械手。这种机械手手臂的临仰运动能抓取地面上的物件，为了使手部能适应被抓取物件方 位的要求，常常设有手腕上下摆动，使其手部保持水平位置或其它状态。这种型式的乩 械手具有动作灵活，占地面积小而工作范围大等特点，它适用于沿伸缩方向向外作业的 传动形式.但结构较完杂，此外，手背摆角的误差通过手臂会引起手部中心处的误差放大.（四）关节式如图1一12

10、所示的机械手，其手臂的运动类似人的手臂可作几个方向的转动。它由 大小两臂和立柱等所组成，大小两臂之间的联接为肘关节，大臂与立柱之间的联接为肩10图1 -1】 球座标式关节，各关节均由较捱构成以实现转动，手臂的运动系由三个回转运动所m虎如+ 的忸仰（8）、小臂用仰（力）和大臂的回转（“）这种座毓型式的机位手小力人” 机械手。它的特点是工作范围大，动 作灵活，通用性强，能抓取席近机座 的物件，并能绕过机体和工作主机之 间的障碍物去抓取物件，此为其它型 式的机械手不可比拟的优点。但是 关节式机械手的手指定位是由各个关 节相互转角来决定的，所以定位精度 较差，另外，控制装置和机械结构比其 它型式的机械

11、手均复杂。上述四种座标型式主要根据手臂 的运动来确定的，也可以由某二种座 标型式组合起来应用，如图13所 示为采用圆柱座标和球座标组合的一 种型式。机械手座捺型式的正确选择，弟 通过座标型式方案的比较来确定。在 拟定座标型式方案时，又须根据现场 具体生产情况和工艺、精度、安装空 间的要求，结合各种座标型式的特点来分析比较，确定比较合理的座标型式°5务行§1.机械手在生产中的作用随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高.实现工件的装卸、转向、 输送或授持焊枪、喷呛、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人 们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程

12、序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或 操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用 机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质盘、 实现安全生产尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶 劣的环境中，它代耕人进行正常的工作,意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、 焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。机械手的结构型式开始比较简单，专 用性较强，仅为某台机床的上下料装置， 是附属于该机床的专用机械手。随着工业 技术的发展，制成了能够独立的按程序控 制实现重复操作，使用

13、范围比较广的“程 序控制通用机械手”，简称通用机械手。 由于通用机械手能很快地改变工作程序， 适应性较强，所以它在不断变换生产品种 的中小批最生产中获得广泛的应用。1.伸缭油缸2.摆板3.夹JJ油缸4.滑枕5 .手郃6.定位蝌儿打黄油缸图1一1车床上料机械手示意图图11所示为某车床的.料专用液压 机械手示意图。该机械手的动作顺序是， 摇臂油缸7的活塞杆推动摆板2绕0点反 时针方向回转45后，伸缩油缸1的活塞 杆驱动滑枕4连同夹紧油缸3 一起作伸臂 动作，夹紧油缸3驱动杠杆机构使手部5 抓取工件，尔后伸缩油缸作缩瞥动作等待 上料。当机床加工完前一个零件退刀时发 出信号，便摇唇油缸7将摆板2拉回，

14、并 与定位销6相碰而定位，此时伸臂油缸1 又驱动滑机4前伸，将工件送到机床主轴中心线的位置，由顶料杆图中未示出）将被 加工零件顶入主轴弹簧卡头中，此时手指张开，滑枕作缩背动作而更位。机械手以此循 环动作实现自动上料图12所示为双臂上，下料液压机械手示意图。在手臂A和B上分别装有升降油 缸2,其活塞杆3与手臂A和B刚性联结。当升降油缸两腔分别通压力油时，缸体2就 作升降运动。导向杆7亦随缸体运动，其上的撞块与行程开关町或右相碰时分别发出 升、降的停止信号。在升降缸的下瑞固连着夹紧油缸4 ,其活塞杆5上、下运动时，通 过杆系带动手指6作夹紧或松开动作。当活塞油缸8的活塞齿条9作往复移动，带动齿 轮

15、10,经齿轮11、12可使手臂A和B回转±90。，手臂A将坯料由上料位置转到加工位 置，同时手臂B将已加工完毕的工件取下送到下料位置，然后两手臂同时笈位，准者第 二次工作循环。图13所示为简易数控工业通用机械手，它由手部1、手腕2、手臂伸缩缸4、导 向杆5、手臂回转缸7、手臂俯仰阮8、手臂升降缸10、立柱11等构成执行机构）由手 臂伸缩反馈装置3,手腕僻仰反馈装置6、手臂俯仰和回转反馈装置9和12等构成位置 检衲I装置由油泵13、油泵电机14、控制陶15、油箱16等构成驱动系统,由独立的电气 柜17构成具有可变程序的电控系统，此机械手能根据生产工艺过程预先编制的动作程序，调整好手得、

16、手腕所应达到的1手臂2,升降油缸3活塞杆4夹第油缸5.活塞杆6.手指7.导向杵8.活客油缸。.活塞齿条10, 1K 12,齿轮图1一2双臂上.下料液压机械手给构示意图7一.任务书1,手部243,手H伸笛反解曼4.平丁村拿制5 5.导向If瓦理解反U就7丹胴转地8,手臂仰仰油口9.手臂好到反惊笠210手后升展油缸11.立柱12.手臂回转反债装工13.油泵14.油泵电机15,拄摘16,油坛17.电气柜图3商易雕通胸械手示踊四.抓取机构#一.任务书程防式抓手势性力抓手五般平动式握手图Z-I手法一种企2）目的型内排式b）叵能第芥:£ C）平移型外夹式d）转壬M C）弹货式1）气吸式g）引我式

17、11图22回传至和平移型手指a）单支点回衿3! b）双支点回转型。）平移及平直步）夹钳式手部是由手指、传动机构.汨驱动装置三部分组成的，它对抓取各种形状的工件共 有较大的适应性，可以抓取轴、加、交类零件° 一般情况下，多采用两个手指，少数采用三 指或多指。驱动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压的、气动的和电动的等几种形式。 常见的传动机构往往通过滑槽、斜楔.齿轮诲条、连杆机构实现夹紧或松开。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆 律时，不会引起中心位置的偏移。但这种手 指结构比较复杂、体积大，要求加工精度高。回转型手指的张开闭合器手指根部（以

18、枢轴支点为中心）的回转运动来完成。枢轴 支点为一个的，称为单支点回转型，为两个 的，称为双支点回转型。这种手指结构简 m,形状小巧，但夹持不同工件会产生夹持 定位偏差.、AT代R 加8 侬.r IjBcgb - - a + rj rF、Zww小F火中 L-I -A£fT ti.fe.在IS咫上均匀分布三个弹情钢碎八.机械手的发展趋势.注，当工件对卡爪的作用力F。万向我在两卡小回转中心的外例.可女双自钦央'票.，、任务书1重复高精度精度是指机械手达到指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有 关。重复精度是指如果动作重复次数多，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度 比

19、精度更重要，如果一个机械手定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误 差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范 围，它通过一定次数地重复运行机械手来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发 展，机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业 等。0 2模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化 拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活 的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置，使机械手动作自如。模 块化机械手使同一机械手可能应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应 用范围，是机械手的一个重要的发展方向。3节能化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料的出现，构 造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统 简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4机电一体化由“可编程控制器一传感器一液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化 技术