Design 设计, 2018, 3(2), 32-38
Published Online June 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/ce9685646.html,/journal/design
https://https://www.doczj.com/doc/ce9685646.html,/10.12677/design.2018.32006
Review of Humanoid Hand Five-Finger
Manipulator
Zongyuan Qiao, Yuesong Li, Huaiyong Zhao
School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang Henan
Received: May 20th, 2018; accepted: Jun. 4th, 2018; published: Jun. 11th, 2018
Abstract
The humanoid five-finger manipulator has broad applications in the direction of prosthetic limbs, remote operation and fine micro operation. In order to provide the basis and reference for the de-sign of the humanoid five fingers manipulator and design an appropriate humanoid five fingers manipulator, according to the different driving modes, this paper introduces the working prin-ciple and typical representative of a variety of five-finger manipulator, such as rope drive, con-necting rod drive, pneumatic drive and joint motor drive. Finally, the advantages and disadvan-tages of all kinds of humanoid five fingers manipulator are analyzed, and their applications direc-tions are given respectively.
Keywords
Bionics, Robot, Five-Finger Manipulator, Degree of Freedom, Pneumatic Muscle
仿人手五指机械手的发展现状
乔宗原，李跃松，赵怀勇
河南科技大学，机电工程学院，河南洛阳
收稿日期：2018年5月20日；录用日期：2018年6月4日；发布日期：2018年6月11日
摘要
仿人手五指机械手在残疾人假肢、远程手术操作、精细微操作等方向上有着广泛的应用前景。为仿人手五指机械手的设计提供依据和参考，设计出合适的仿人手五指机械手，本文按驱动方式的不同，分别介绍了绳索驱动型、连杆驱动型、气压驱动型和关节电机驱动型等种类的五指机械手的工作原理和典型代
乔宗原等表。最后，分析各种仿人手五指机械手的优缺点，并给出了其各自的应用方向。
关键词
仿生，机器人，五指机械手，自由度，气动肌肉
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
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1. 引言
机械手是一种能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动化操作装置[1]。为降低成本、节省劳动力、增加效率、保障产品质量减少恶劣环境下人工作业，其被大量采用。按外观结构形式，机械手主要可分为两大类：一类是为高效地完成特定动作而设计的机械手，这种机械手的机械结构简单，自由度较少，主要用在工厂自动化中。另一类是完全按照人手形状设计成的拥有五根手指的灵巧型机械手，这类机械手自由度较多，更灵巧，更接近人手可以协助人完成更复杂的工作。如用于外科手术的感应型仿生机械手臂，可以进行远程控制完成手术，作为残疾人和瘫痪人员的假肢，帮助病人生活自理[2] [3]。因此，仿人手五指机械手用途广、意义重大，一直是仿生机器人研究的重点。
目前，国内外学者设计出了绳索驱动型、液压型、气压型、电机驱动等多种仿人手五指机器人。为了更好地设计和研究仿人手五指机械手，本文将依据驱动形式对目前的几类仿人手五指机械手进行介绍，为仿人手五指机械手的设计提供思路。
2. 仿人手五指机械手
2.1. 绳索驱动型
绳索驱动型仿人手五指机械手的五指运动通过绳索拉动关节运动实现[4]。图1所示为InMooV五指仿人手机械手，其五根手指采用3D打印而成，其大拇指由2个关节，其余四根手指由3个关节。每根手指上有两根线绳索，用于弯曲和伸直手指。绳索穿过手指各节与手指第一节连接，绳索末端通过手心与腕部的绕线轮相连。绕线轮与舵机相连，其运动由舵机控制，如图2所示。每个绕线轮可以控制手指弯曲和伸直的两根绳索，绕线轮旋转时两根绳索，一根释放，另外一根缠绕，使两绳索一直处于绷紧状态，实现手指的有效控制。当对舵机施加控制信号，使舵机旋转，带动绕线轮旋转，使得绳索拉动关节运动，手指即可弯曲或者伸直。由于舵机可以旋转不同角度，且各手指驱动独立，因此，此绳索驱动型仿人手五指机械手可以实现五根手指独立运动，且能够弯曲不同的角度。
2.2. 连杆驱动型
连杆驱动型仿人手五指机械手，其五指运动通过刚性连杆带动，每个连杆采用一个电机控制[5]。图3所示为一种通过连杆机构驱动的仿人手五指机械手，其机械手采用亚克力板材料切割而成，如同真人手大小。如图4所示，不同人手，其五根手指均由3个关节，各关节由铰链相连接，可以绕铰链运动。第一个指节末端与第三个指节头部通过连杆相连，构成杠杠机构。第二个指节末端与支架通过连杆相连。
乔宗原 等
第三个指节中部固定在支架上，末端通过球头拉杆与舵机相连。五个球头拉杆由五个金属数字舵机控制，当舵机逆时针旋转时，舵机带动球头拉杆下拉，拉杆带动第三个指节绕支架旋转，第三个指节拉动第一个指节绕第二个指节旋转，造成三个指节间夹角加大，手指处于伸展状态。同理，当舵机顺时针旋转时，舵机带动球头拉杆上升，拉杆带动第三个指节绕支架旋转，第三个指节拉动第一个指节绕第二个指节旋转，造成三个指节间夹角减少，手指处于握的状态。控制舵机角度，就能够控制五根手指的弯曲程度。
Figure 1. Five-finger manipulator with rope driven
图1. 绳索驱动仿人手五指机械手
Figure 2. Motors of the five-finger manipulator with rope driven
图2. 绳索驱动仿人手五指机械手舵机
乔宗原 等
Figure 3. Five-finger manipulator with connecting rod
图3. 连杆驱动型的五指机械手
Figure 4. The connection between the knuckles of the fingers
图4. 手指各指节间的连接
2.3. 气压驱动型
气压驱动型仿人手五指机械手是采用气压驱动指关节运动仿人手五指机械手。图5所示为德国Festo 公司设计的拥有人工骨骼和气动肌肉的双臂机器人[6]。其手指运动采用由高弹性的芳酰胺纤维管子构成的气动肌肉实现。当管子内充满压缩空气时，其管子直径增大，产生形变推动手指运动。当气体释放后，管子直径减小，变形恢复。这种人造肌肉具有巨大的启动能力，它的动态行为类似于人类肌肉。其最大优点时无需再提供任何能量，就能把举起的重物保持在任何位置。
图6为Festo 公司设计的一款集控制和传感高度集成化的气动肌肉驱动型仿人手五指机械手。其控制和传感由72个压电比例阀与压力传感器和功率电子器件构成八个阀模块实现。八个阀模块装在靠近肌肉的位置，各个肌肉的拉力和收缩可以通过压力和长度传感器测量。通过调节系统内的压力分布，其运动
乔宗原 等
Figure 5. Five-finger manipulator with pneumatic muscle 图5. 气动肌肉驱动五指机械手
Figure 6. Five-finger manipulator with highly integrated pneumatic muscle 图6. 高度集成化的气压驱动五指机械手
接近人体肌肉的动作，在运动学、快速性、力方面比人体肌肉更加精细化。
2.4. 关节电机驱动型
关节电机驱动型仿人手五指机械手采用关节电机驱动指关节运动。图7为雄克的由关节电机驱动的五指机械手，其五根手指关节处均采用关节电机驱动，具有较高的自由度，灵巧型较高，可以执行不同的抓取动作。该机械手的整套电子装置集成在腕关节中，供电电源采用24 V DC 电池，手指上使用的触觉传感器，用于抓取不规则物体或在不可预见的环境下执行抓取任务时提供必要的灵敏度，而弹性手指表面确保安全可靠的夹持物体。因此此机械手无论是尺寸、外形还是移动性，都实现了与人类手型的高度吻合。
图8为博美德的仿人手五指机械手，该机械手由5个模块化设计的机器人手指组成。其所有执行器，电子，多感官系统，机械传动系统是完全集成在单独的手指中。每个手指包含3个驱动的自由度和一种
乔宗原 等
耦合接头，可提供15种自由度和20个关节的驱动，关节的总数和它们的运动范围，以及大小和外形，都很接近人手。
图9为英国斯迪博假肢矫形器公司开发的最新一代bebionic 智能仿生肌电手，其每个手指皆由单独的电机驱动，使其能以自然而协调的方式实现各种动作和抓握，这同样提供了可以贴合外形复杂物体的抓握能力。此智能仿人手五指机械手可以通过软件进行监控、设置和无线编程，使其适应每个使用者的需要。
3. 结论
为给仿人手五指机械手的设计提供依据和参考，本文依据驱动方式的不同，介绍了绳索驱动、连杆驱动、气压驱动和关节电机驱动等仿人手五指机械手。由前文介绍可知，目前绳索驱动和连杆驱动型五
Figure 7. Five-finger manipulator with joint motor 图7. 关节电机驱动型五指机械手
Figure 8. High degree of freedom five-finger manipulator
图8. 多自由度关节电机驱动型仿人手五指机械手
乔宗原等
Figure 9. Intelligent myoelectric five-finger
manipulator
图9. 智能肌电仿人手五指机械手
指机械手研究处于初步，集成度不高，自由度不高、承载能力低、灵巧型较低。气动型机械手承载能力大、响应快、功率重量比大、其驱动原理更接近真实人手。关节电机型驱动五指机械手，自由度较高，灵巧度较高，可以实现各种动作和抓握，更适合应用在假肢和微精细操作中。
基金项目
河南科技大学实验技术开发基金项目(SY1718003)，河南科技大学2017年度大学生研究训练计划(2017020)资助。
参考文献
[1]徐鹏. 六自由度并联机构Stewart平台的动力学建模与仿真[D]: [硕士学位论文]. 重庆: 重庆大学, 2005.
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[3]杨达毅, 陈丽敏. 基于Solidworks的六自由度液压平台运动仿真[J]. 机床与液压, 2008, 36(9): 127-150.
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[5]吴克. 新型五指仿人型机器人灵巧手触觉传感器设计与静态标定[J]. 机械与电子, 2011(7): 69-72.
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机械手控制器的研究现状和发展趋势 摘要：介绍了机械手控制器的研究及其应用的现状，以及在国内的发展状况，根据近几年的发展状况，分析了其发展趋势。 关键词：机械手控制器研究现状发展趋势 前言 在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累。机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手机器人的一个重要分支。 1．关于机械手 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
收稿日期：!""#$"%$!% 作者简介：刘世廉（%&’()），男，河北沧州人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为智能机器人系统；周华平，男，副教授，博士；马宏 绪，男，教授，博士。 控制工程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! *+,-.+/0,12,33.2,1+4*52,67689!""# :+/9%"，;"!""#年<月第%"卷增刊文章编号：%=’%)’>(>（!""#）;")"%(’)"< 一种新型仿人多指机械手的简易实现 刘世廉，周华平，马宏绪 （国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 (%""’#） 摘要：简要介绍了几种典型手爪机构的结构及设计特点，然后从仿生学的角度，模 仿人手的功能、结构，提出了一种仿人型多指机械手机构简易实现的设计。并从结构设计、建模及控制系统的实现等方面给出了较详尽的阐述。最后，运用76-/6?对手指模型和腱传动系统模型进行了仿真。对于机构进行的实验证明，由于该设计采用了“欠驱动”的简化结构方式，因此减轻了质量、降低了能耗及制作成本，同时，对手指的建模、控制也变得更为容易，大大提高了操作的适应性。关键词：仿生学；仿人多指机械手；欠驱动；简易实现 中图分类号：@A !(% 文献标识码：B !引言机器人手爪机构直接作用于工作对象，机器人要完成的各种操作，最终必须通过手爪来得以实现；同时，手爪的结构、质量、尺寸对于机器人整体的运动学、动力学性能以及使用也有着直接、显著的影响。机器人整体水平的高低好坏，最终能否正常按照人们的意图去工作，还要看其末端执行机构。因此，手爪机构是仿人机器人设计中一个重要环节。 在目前的多指机器人手爪机构中，比较典型的有美国C-65D 7E FE @E 设计的由(自由度的三指和(自由度的一个大拇指组成的手爪机构，大拇指朝三指运动，手由气动操作的“腱”及其所驱动的活动连杆、低摩擦滑轮构成。贝尔格莱德手指（G3/1.6H3I6,H ）则是由直流电机通过涡轮、涡杆 带动驱动杠杆，都能操作处理较精细的物体，相应地，其结构也都比较复杂。北京航空航天大学研制的三指&自由度多指机器人手爪机构在紧凑、灵活、实用等方面更进了一步。人手是人类经过世世代代的劳动演变进化而成，其小巧紧凑的结构、灵活稳定的抓取操作功能，应该是研究机器人手爪的理想模型和目标。因此，如何分析并选取合理的简化结构和运作方式，采用何种表现形式才能既有利于功能的实现，又不影响控制的方便，便成为需要首先要解决的任务。 "仿人型多指机械手的设计 机器人手部的结构和设计，对机器人的性能 和使用有着直接的影响。基于对常用手部形式的归类和典型结构的分析，从仿生和美学的角度出发，做了一些对特定手部的设计有帮助、有利于实现手部设计模块化和标准化的尝试及探索。%）基本思想机器人简易手指的设计， 坚持美观实用的原则。从仿生学的角度，仿照人类手指的结构、特点和功能进行设计，使其具有灵巧、美观、通用性、实用性强的特点。因此，手指设计力求结构紧凑，质量轻便。 在材料上，选用轻便坚固的合金钣材；手指在结构上采用三关节，由钢丝绳拉动，模仿人类手指的外型和运动特点。 整个手部结构外形如图%所示，其驱动电机和控制器均内置在手掌之中。 图!手掌结构图 ! ）系统设计原理 万方数据
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人的发展现状 1.1发展概述 我国的工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发的转变。促进了我国制造业、勘探等行业的发展。但随着我国门户的逐渐开放．国内的工业机器人产业面临着越来越大的竞争与冲击。虽然我国机器人的需求量逐年增加，但目前生产的机器人还很难达到所要求的质量．很多机器人的关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型的同家。 现在，我国从事机器人研发的单位有200多家，专业从事机器人产业开发的企业有50家以上。在众多专家的建议和规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程的开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目的支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产的特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1.2机器人分类 随着科学技术的不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新的里程碑按照工业机器人的关键技术发展过程其可分为三代：第一代是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现的控制方法，可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动，然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
机械手的发展 1、引言 机械手作为工业机器人的一个重要分支，是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，他代替了人的繁重的劳动从而实现加工生产的机械化和自动化，并能在有害坏境洗吖作业以保护我们的人身安全，因而广泛应用于机械制造、电子、冶金、轻工等众多工业行业。 进入21世纪，随着我国人口老龄化的提前到来，近来在东南沿海还出现了严重的劳动力稀缺的现象，这就迫切要求我们提高劳动生产力，降低工人的劳动强度，提高我国工业自动化水平势在必行，将机械手，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另瓦一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。 2、机械手的分类 机械手按适用范围一般可分为三类：第一类是专用机械手，这类机械手专业性强，配合在某台主机或生产线上以完成辅助性的工作，例如抓取工件、上料下料等，这类机械手是为主机服务的并由主机驱动，除极少数外，它们的工作程序一般是固定的，因此是专用的；第二类是不需要人工操作的通用机械手，这类机械手能够独立地按照控制程序且自动重复操作，并可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作，这类机械手适应性强，在工业生产中得到了广泛的应用；第三类是需要人工操作的机械手，简称操作机，这类机械手起源于原子、军事工业，开始是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行航天活动等。 机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式和机械式机械手。按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等 3、机械手的构成 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓出物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓去空间中任意位置和方位的物体，需要6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广。其结构也越复杂。一般专用机械手有2—3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制来完成特定的动作。同时接受传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要的功能。 （1）执行机构 机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干； ①手部 手部安装在手臂的前端。手臂的内孔中装有传动轴，可把运动传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。 机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。所谓没有手
机械手论文发展趋势论文：浅析机械手的现状和发展趋势 摘要：机械手是现代科学技术发展的必然结果，本文简述了机械手技术的基本摘要。综述了机械手技术的现状，分析了机械手技术的发展趋势。 关键词：机械手技术现状发展趋势 引言 现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。机械手是近代自动控制领域出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科——机械手工程。机械手是在上世纪五十年代末期出现，今年来才迅速发展起来的重要自动化装置，现已成为实现工业自动化的一种重要手段。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手大的特点，因此，机械手已经受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。 一、机械手概要 机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、
材料、和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手自由度。为抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。二、机械手的发展状况 1954年，被称为“机器人之父”的美国科学家george devol取得了附有重放记忆装置的第一台机械手专利权，该设备能执行从一点到另一点的受控运动（即点一点运动），这被认为是“机器人时代|”的开始。1970年，机器人学界早期的改革家之一，victor schenman在斯坦福大学演示了一种计算机控制的机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。它非常先进，技术很复杂，迄今还被很多研究中心使用。 70年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在日本，有了广泛的应用。由机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动生产率，提高和稳定了产品质量，大大缩短了产品更新换代周期。这些应用在很大程度上激发了人们对机械手的研究和开发，它的技术也因此取得了长足的进步。80年代，人们为了让机器人技术向各行各业扩展、应用，于是有了用于社会服务、海洋开发、宇宙空间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。应用于这些领域的机器人，绝大多数都是由机械手和与之对应的安装平台组成的。
毕业设计（论文） 文献综述 设计（论文）题目：4自由度气动机械手设计 学院名称：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：卢锋学号：07403010309 指导教师：杨超珍 2010年12 月24 日
机械手的发展及应用 前言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。 1.机械手的组成 1.1 执行机构 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图： （1）手部 手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指。 机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。
（2）手臂 手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手臂采用无关节臂手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。 总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。 躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 1.2 驱动机构 驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。 液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。 气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6 个大气压，个别的达到 8-10 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。 电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。 1.3 控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。
国外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间(15%-25%)，表明这
机械手的发展趋势 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外
界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。 目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG 的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 目前我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活、高精度的机械手。要使我国机械工业更进一步在发展壮大，就必须提高其自动化程度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品，从根本上解决对国外产品的进口需求。 积成包装机械有限公司是一家专业从事集成包装自动化的设计、研发制造与包装材料生产配套为一体的科研制造高新企业。我们专注于研究各行业的后道包装现状，结合行业先进的工控技术，融合机电一体化，应用于包装作业中。为客户提供设计定制从自动开箱—自动套膜—自动装箱—在线称重—自动贴标—自动封箱—自动打包捆扎—智能码垛—智能分检输送—智能仓储等自动化流水线。提高工作效率，提升包装品质，降低用人成本，优化工作环境，提升企业形象。
燕山大学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：顺序动作机械手 学院（系）：机械工程学院 年级专业：机电控制 学生姓名：杨忠合 指导教师：郑晓军 完成日期： 2014.03.25
一、课题国内外现状 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 二、研究主要成果 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 搬运机械手仿真设计和制作，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的进退运动，并利用ADAMS 软件对搬运机械手进行建模，对其进行运动学及动力学仿真，
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/ce9685646.html, 仿人按摩机器手的研究与设计 作者：徐银龙王志坤 来源：《农家科技中旬刊》2018年第05期 摘要：为实现人体按摩的智能化，解决医务人员不足的现象，本文介绍的仿人按摩机器 手是基于中医按摩理论，并针对手腕进行机构方面的创新设计。手腕是按摩的重要部位，决定了人型按摩机器手性能的关键。与传统的大型机械按摩手臂相比较，本文介绍了机器手的设计不仅体积小，结构简单，操作方便，而且模拟人手的尺寸，将人工和智能化很好的结合来控制机器手的运动，该机器手的研究具有重要的使用价值。 关键字：仿人按摩手腕和手指研究与设计 0引言 如今随着科技的发展，越来越多的人受工作压力的提高，长期处于疲劳状态，使得工作效率降低。按摩是一种很好的方法，不仅能够帮助我们舒缓神经，释放压力，还可以缓解和治 疗各种慢性疼痛，有助于身体疲劳快速康复。本文以此为背景，并参考传统的研究，将传统 的大型机械按摩手臂进行优化和升级，克服体型庞大，移动起来不够方便等问题。本文介绍的机器手手腕部位拟人化程度更高，手腕部位采用气压传动和连杆传动，手指关节处由双作用小型气缸并设计可调节回路，带动完成手指的伸展和收缩运动，以完成手指的按捏。将人工和智能化很好的结合起来。同时其设计思想也可以为服务机器手领域的研究与发展提供参考，并随着智能化的发展，将该设计方法更广泛的应用于其他需要代替人力工作的领域。 1机器手的机构设计和创新点 传统的按摩机械装置体型庞大，运动不够灵活，移动起来不够方便，发生故障时不能够及时的排除，该机器手的设计是基于以上问题进行优化，具有以下特点： （1）手腕部位拟人化程度更高，能够考虑到不同人群的需求进行有针对性的按摩和治疗，提高亲和力。 （2）在保证传动的可靠性条件下，不仅能够满足手腕和手指体型小，重量轻。而且结构简单，运动状态灵便，操作方法容易掌握，可以完成较多的复杂运动。 （3）手腕部位采用气压传动和连杆传动，其按摩速度和力度能够很好的控制，实现较好的按摩效果。 （4）手指关节处由双作用小型气缸带动来完成手指的伸展和收缩运动，以完成手指的按捏。
机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业，是拟建的江苏省(常州)工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心，推进着未来机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展，机器人技术在工业生产领域得到了广泛的应用，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一，机器人技术具有前瞻性、先导性的特点，对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。 目前，相关领域的技术突破，从根本上为提升机器人技术的学术研究提供了必要的支持，为机器人的应用范围拓宽了道路，已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活，一场新的机器人技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。 目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人(如：排爆机器人、医疗机器人等)的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的BigDog 军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的
机械手发展概述 机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 1机械手发展史 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔， 臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系 统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手 就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械 制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。 该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱 动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十 年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的 基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手 ，采用关节式结构和程序控制。
机械手的应用 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如，机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上的使用较为普遍；在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件；它可以在劳动条件差，单调重复易疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动；它可以在危险的场合下工作，如军用品的装卸、危险品及有害物质的搬运等；还可用于宇宙及海洋的开发及军事工程和生物医学方面的研究和实验等。 机械手的发展趋势 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。 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—传感器—液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；节省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系
国内外机器人发展的现状及发展动向 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人（如：排爆机器人、医疗机器人等）的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的Big Dog军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制
1 1前言 1.1工业机器人简介 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2世界机器人的发展 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： （1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修） （2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 （3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 （4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 （5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 （6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 1.3我国工业机器人的发展 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学
国内外机器人发展现状及发展动向 一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在内的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达71.24%，销量达69.92%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在一定程度上代表着这个国家机器人普及水平的提升。我们给出美日德中四国的机器人销量占机床销量比，从这个数据和历年的变化趋势看各国机器人行业的发展状况。 美日德三国的机器人销量占机床销量比稳定在一定区间内(15%-25%)，表明
机械手的研究现状和发展趋势概述及现状： 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需
有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 发展前景及方向： 1 重复高精度 精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 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多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 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器人来测定。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