【《机械手爪的发展概述》4300字】

XXXII机械手爪的发展概述综述目录TOC\o"1-3"\h\u13217机械手爪的发展概述 1115991.1机械手爪种类 1276661.1.1按结构分类 182761.1.2按照驱动方式分类 256611.1.3按照适用范围分类 342321.1.4按照运动轨迹控制方式分类 350301.2机械手爪的应用与发展 3251171.3电磁机械手爪 48816参考文献 51.1机械手爪种类机械手爪由控制系统、驱动系统和执行机构三大部分组成[5]，控制系统包括检测装置、数据采集装置，在智能化程度很高的机械手爪上还安装了智能化检测装备和智能控制系统，使手爪可以具有触觉等人类感官系统。机械手爪主要以下几个依据来分类。1.1.1按结构分类以机械手爪的结构类型为依据时，主要按照以下几个方面来进行分类。[6]（1）按照爪子数量分类，可分为二爪、三爪、四爪、多爪，其中二爪机械手爪应用最多。（2）按照机械手爪抓取方式来分类，可分为外卡式机械手爪和內撑式机械手爪。（3）按照手爪运动方式来分类，可分为回转型机械手爪和移动型机械手爪。（4）按照结构形式来分类，可分为一下几种：1.平行连杆式机械手爪：为悬臂式结构，输出端无导路，呈姿势恒定不变的直线移动，并且因为采用连杆结构，所以机械手爪可以承受较大的载荷，部件之间的磨损较轻。2.齿轮齿条式机械手爪：可以使手爪在高速重载工作情况下减轻载荷，并且可以平稳运行。采用齿轮齿条传动使得机械手爪的传递功率范围极宽，圆周速度也可以设置的很低，结构比较可靠，使用寿命长。但是在结构设计时机械手爪两轴相距不能太远，齿轮齿条还应注意润滑保养，再者齿轮齿条结构减振性和抗冲击性比较差。3.双齿轮驱动式机械手爪：继承了齿轮传动的优点和缺点，但是由于采用双齿轮驱动方式，在传动效率和机构可靠性方面还是优于采用齿轮齿条传动方式的机械手爪。4.斜楔杠杆式机械手爪：斜楔部分起着改变手爪运动方向的作用，是手爪工作中的施力体，结合杠杆机构的使用不但可以改变手爪运动方向，而且还可以起到控制手爪平衡的作用，再斜楔机构结构简单，而且具有增力的作用，通常与气动装置、液压装置或者螺旋装置结合使用。在卸料机器人的设计中该结构常常被应用。5.槽轮滑动式机械手爪：槽轮结构工作可靠机，械效率高，使手爪具有分度和定位的功能，为了改善槽轮自由度小的缺陷，于是和在槽轮结构上加上滑动装置，不但可以使手爪在工作时可以精确定位，而且还减少手爪运动过程中的振动，增加了手爪运行时的稳定性。6.柔性自适应机械手爪：手爪抓取部分采用挠性材料，相对于刚性材料而言，手爪在抓取工件时会产生弹性形变，可以适应不同形状的工件，在实际生产过程中被广泛应用。7.真空及电磁吸附是机械手爪：采用真空气泵或电磁铁为主要部件，真空式主要对表面光滑的工件进行吸附，已达到移动工件的目的。电磁式手爪主要对可以产生磁力的磁性材料进行操作，真空吸附式手爪对环境要求比较严苛，经常在无尘环境中使用，电磁式对于环境适应性较强，且结构简单，被大规模应用。两种手爪前者需要配备气源，后者配备电源来驱动手爪。8.仿生机械手：常见的仿生机械手可以模仿人类五根手指动作，因其每一根手指上都有多个自由度，所以可以在电机的控制下完成夹、捏、握的操作，并且仿生机械手的自适应性比较好，在抓取物体时可以调整抓取角度和抓取力度，智能化程度很高，造价高昂。1.1.2按照驱动方式分类（1）按照驱动方式分类，机械手爪主要有一下几种[7]：1.液压式：以液压泵为驱动装置主体，液压泵驱动泵内液压油产生压力对机械手爪进行驱动，液压式机械手爪动作反应非常迅速，其机械结构结简单且紧凑，所以其体积较小，因为液压泵中以液压油为介质，所以元件之间能自行润滑，手爪的部件磨损较小，可以有效提高手爪的使用寿命，但是对于结构密封性要求高，不宜在高温或者低温环境下工作。2.气动式：与液压泵驱动液压油产生驱动力相似，气动式机械手爪采用空气泵压缩气体产生压力来驱动机械手爪进行工作，由于空气具有可压缩性，所以手爪的工作速度稳定性差，气源压力一般低于液压压力，在抓取相同重量物体的条件下，气动式机械手体积大于液压式机械手，所以气动驱动式的机械手爪适用于高速轻载、温度较高和粉尘较大的环境中进行作业。3.电动式：由电机带动来直接驱动手爪进行工作，常用的电机主要为特殊感应电机、直线电机和步进电机三种，由于传动无中间步骤，所以机械结构简单，其中的部件易于更换，对于工作环境广泛的适用，随着工业生产的不断发展，对于电动式机械手爪的应用逐渐增多，应用的领域也不断扩大，有很大的发展前景。4.机械驱动式：通过机械结构，例如凸轮、连杆、齿轮、齿条、间歇机构等传动机构进行力的传递，因为是采用传统机械结构，所以机械手爪的运动准确可靠，但由于机械结构体积较大，手爪比较笨重，且手爪的运动模式单一，只能用于特定的工作。1.1.3按照适用范围分类按照适用范围分类机械手爪可分为一下几种：（1）通用机械手爪：这种类型的机械手爪可以适用于多种工作环境，结构比较复杂，对于不同工作，其操作指令易于调整，操控比较简单通用，对于不同的产品的生产具有通用性。（2）专用机械手爪：为生产某些产品而定制的特殊设计的机械手爪，其程序设定和手爪动作只限定于当前的生产需要，结构复杂程度由生产工艺而定，用途比较单一，需要后期专人维护，且不具有通用性。1.1.4按照运动轨迹控制方式分类按照运动轨迹控制方式可分为以下几种[8]：（1）点位控制：又称PTP控制，可以实现手爪位置移动的精确定位，控制追求快速、准确手爪从起点移动到终点，点位控制点数的设置由控制程序的复杂程度而定，这种控制方式易于实现但是精度不高，常用于搬运作业、焊接作业、上料或下料等要求点位姿准确的工作中。（2）连续轨迹控制：又称CP控制，这种控制方式不但要求点位移上的精度，还要求运动轨迹精度，连续轨迹控制的机械手爪，其运动轨迹在空间中为任意曲线，可以控制两个或者以上的运动轴，手爪可以做出任意的曲线运动，手爪相对的比较灵活，在工业生产中应用比较广泛，例如焊接机器人、喷涂机器人等。1.2机械手爪的应用与发展机械手爪是自动化生产进程中的产物，是一种迅速发展的高科技智能化装置，随着机器人研究的不断深入，促进了机械手爪的不断创新与发展，如今更是成为研究的热门方向之一。在现代生产工作中，机械手爪被广泛应用，尤其是在生产线批量化生产活动中，机械手爪的使用可以有效的提高生产效率，可以高标准的完成生产任务，不但节省了人力物力，在节能减排方面也可以很好的得到控制。因为机械手爪的参与生产，更多的生产工艺得以实现，产品的质量得以提高，在一定程度也降低了成本。使我国成为真正的“智造大国”，而非制造大国。[9]因为机器人在高温、高压、多粉尘、易燃易爆、高放射性等危险的环境下工作，所以机械手爪广泛应用于工业制造领域、军事领域、娱乐领域以及医疗领域。（1）在工业制造领域，机器人可以代替人工，高效率、高质量、大批量的完成生产制造任务，例如汽车生产制造、船舶生产制造，甚至是日常生活中电器用品的生产制造。机械手爪在化工行业等高危行业的生产作业中可以代替人工作业，避免工人在危险环境中受到伤害，例如现在新型工厂中生产线上工件焊接工作、工件表面喷涂工作、材料切割以及零件装配、产品包装等工作都由机器人完成。（2）在军事领域，机器人可以完成一些侦查任务和后勤保障工作，可以节省战士的精力。在一些高危的任务，例如拆弹、排雷、敌情侦查方面机器人的使用可以有效减少人员伤亡。在武器的检测，例如战斗机的检测，也会使用到机器人，可以得到更加准确的数据，可以得到等多的安全保障。（3）在生活领域，各种应用于比赛和娱乐的机器人被研究和制造，例如如拳击机器人、下棋机器人、踢球机器人、舞蹈机器人，这些机器人专门设计各种功用的机械臂和机械手爪，往往在比赛中可以达到奇效。（4）在医疗领域，机器人主要来做一些辅助工作，比如运送药品，对病房的数据进行检测，或者实时监测病人的情况。现在研制的医用机器人还能对人体进行手术，更先进的还有现在比较热门的微型机器人，可以在人体内直击病灶，达到治愈疾病的目的，对于癌症等绝症可能在未来都有治愈的可能。随着各个领域对机器人的开发程度不断加深，机械手爪的使用频率也不断增加，不同功能和类型的机械手爪大量涌现，作为机器人重要的执行机构，机械手爪在各个领域不断发挥着其特有的作用。1.3电磁机械手爪前文对机械手爪的分组进行了详细的分类，本次设计的电磁手爪为，电力驱动盘形吸附式电磁机械手爪。电磁机械手爪结构简单，而且对环境适应性强。电磁机械手爪主要由控制系统、电磁开关和执行机构构成。控制系统由电路控制和单片机控制结合而成，电路部分为电磁手爪工作提供稳定的电压和电流，单片机控制部分主要是代替开光通断的功能，可以通过电路前置的传感器控制，也可以通过程序输入控制，控制方式灵活多变，可以根据实际情况进行调整。电磁继电器充当电磁手爪的电磁开关，电磁继电器可以用小电流控制大电流，用低电压控制高电压，经常被使用于控制电路中，是常用自动开关的一种，再者电磁继电器在电路中还起着自动调节电流电压、保护电路和转换电路等其他作用。电磁手爪的执行部分核心为电磁铁，当电路接通时电磁开关线圈吸附，电磁铁产生磁力，手爪进入工作状态，对工件进行吸附；相反，在电磁开关线圈未吸附的情况下，电磁铁失去磁力，工件被放下，一吸一放为一个工作流程。电磁铁的反应迅速，通电可以快速相应，断电会很快失去磁力，且无磁性残留，还可以较为方便的连接和替换，在实际生产中应用的比较多，例如一些汽车制造行业、船舶制造行业甚至在航空航天领域，电磁手爪的使用非常普遍。[10]电磁手爪也存在一些不足，它只能对产生磁性的材料产生作用。但是通过与真空吸附式手爪进行对比，电磁手爪可以适应大多数的作业环境，也就是说电磁手爪的实用性和适用能力强。并且前文提到，电磁手爪构造简单，操作方便，可以大规模的应用于生产作业中。参考文献[1]FranzHoffmann,ThpmasKocea.机器人的电磁机械手[J].机电信息,2001(11):88-9[2]李波波.关于操作机器人机械手爪设计的研究[J].现代工业经济和信息化,2020,10(12):41-42.[3]仲雪伟,周佳伟,王东丽.工业机器人技术的发展与应用[J].南方农机,2021,52(04):127-128.[4]杨学志,余娴,葛耀谋.机器人产业标准发展现状[J].机器人产业,2021(01):20-26.[5]卓浩然,林昭仪,吴彤.佛山市机器人产业发展及前景研究[J].现代工业经济和信息化,2021,11(01):11-12+16[6]刘志宇,张亮,李树珍,石磊,任晓光.采摘机器人的研究现状和发展趋势[J].现代化农业,2021(01):64-66.[7]陆琦.后疫情时期工业机器人发展趋势研究[J].科技视界,2021(06):182-183[8]杨学志,余娴,葛耀谋.机器人产业标准发展现状[J].机器人产业,2021(01):20-26.[9]李钢锋.工业机器人机械手的机电一体化设计[J].中国新技术新产品,2020(15):72-74.[10]第一讲工业机械手的分类及应用[J].机械工人技术资料.[11]赵春平,李志华,李亚斌.一种自适应多用途电磁机械手设计[J].中国仪器仪表,2017(02):73-76.0.[12]陈玉青,洪连环,胡斌.基于STC89C52单片