浅谈机械手及其应用与发展前景

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洗谈机械手及其启用与发展箭景

.• 韩梦丹，部晓宇

(西南交通大学，四川成都611756)

摘要：在现代工业生产中，生产过程的机械化、自动化已经成为突出的主题。有效应用机械手，则是发展机 械行业的必然趋势。文章在介绍机械手结构组成及工作原理的基础上，概述其应用及发展前景。

关键词：机械手；应用；发展前景

中图分类号：TH138 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2012)02-0079-02

随着现代化工业的不断发展以及生产过程机械化和 自动化水平的提升，工业机械手凭借其自身显著的特点 得到了广泛应用。如：应用机械手可以减轻劳动强度、提 高产品质量、改善劳动条件,避免人身事故的发生，在高 温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、和有放射性以及毒性 污染的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地替代 人来安全地完成作业，有节奏地进行生产等。其在机械加 工行业中的应用大大提高了生产效率，节省劳动力成本 达50%以上。

1机械手结构组成及其工作原理

机械手是一种能按给定的程序或要求，自动地完成 物件(如材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机 械装置，它能部分地替代人的手工劳动。较高级形式的机 械手，还能模拟人的手臂动作，完成复杂的作业。

机械手主要由抓取机构、传送机构、驱动部分、控制 机构以及行程检测装置、传感装置等部分组成。其各部分 之间的相互关系如图1所示。

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图i机械手的组成及其相互关系

抓取机构对物件抓取和放置，它包括了手指与传力 机构等。传送机构可以改变物件的方位。驱动部分负责为 抓取、传送两机构提供驱动，常用形式有液压、气压、电力 和机械驱动等，其中，电力驱动采用较少，机械驱动则一 般用于简易机械手，液压驱动和气压驱动方式占据了较 大比例。气压驱动结构简单、压缩气源一空气易得、造价 低、能达到较高速度,且气动元件的生产与应用也在逐步 扩大;液压驱动伺服系统响应快，且重量轻、体积小、动作 平稳、有着良好的控制性能、能在极低的速度下输出较大 力，且由于液压元件的标准化、系列化、通用化，使得液压 系统的设计、制造比较方便。控制部分是机械手动作的指 挥系统，由它来控制动作的顺序、位置、时间等。行程监测 装置对机械手各运动行程进行检测和控制；传感装置中

作者简介：韩梦丹（1991-)，女，四川成都人，大学本科，主要研究 方向：机械设计制造及其自动化。 装传感器，使手指具有敏感性和自控.性，用于检测物件与 抓取机构接触情况以及物件是否滑落等。

本文以四自由度液压驱动通用机械手为例，对机械 手的工作原理进行简要介绍。如图2所示，即为该种液压 通用机械手的结构原理图。

图2机械手结构原理图

该种机械手，主要可以归为机械、液压、电气控制系 统等三个部分。机械部分包括手部、驱动及传送机构、位 置反馈装置和机体等，如图2所示，机械手的手臂前后伸 缩、上下升降、左右转动、上下摆动分别由直线油缸(8)、 直线油缸（1)、回转油缸(3)、以及铰接直线油缸(4)带动 实现。机械手的手腕上下摆动则是由回转油缸(9)带动与 该部分结构相对应的齿轮，再通过链条将运动传送到手 腕摆动轴（图中未画出）来实现。手指握紧部分通过杠杆 手指和单向作用式握紧油缸(6)的配合来输出相应运动。 上述各个油缸的控制是通过步进电动机带动随动阀按照 输人信号来改变通往油缸油液的方向和流量，由于油缸 输出与随动阀之间采用刚性反馈联系，能不断消除输人 与输出之间的误差，从而可进行较为准确的定位。最后， 对步进电动机的控制则由电气控制系统（11)实现，该简 易数字控制系统采用集成电路，共可对步进电机实现手 动、自动以及联动等三种控制方式。通过以上几个部分的 密切配合，机械手的各种运动得以准确无误地实现。

2机械手的应用概况

① 热加工方面。热加工是高温、危险的体力劳动，采 用机械手操作可以实现高效率和安全工作，如对少量、低 速以及人力不能胜任的作业的实现。在锻造、铸造、熔炼 等工业，机械手的应用能进一步发挥设备的生产能力，安第31卷第2期

V〇1.31 No.2 企业技术开发

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE 2012年1月

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装了机械手的操作机可实现生产过程自动化，取代了人 工喂料等操作，大大提高了生产效率以及产品质量。

② 冷加工方面。冷加工方面的机械手主要用于一些 配件及零件加工时上下料以及刀具安装的过程，将其应 用于一些数控机床和加工生产线以及自动线上，成为了 设备、机床上下T.序联接的重要手段。同时，也在加工生 产自动线上采用臂式机械手作为联接丁序、运送工件的 重要设备。

③ 在装、拆、修方面。众所周知，拆修装是铁路工业系 统体力劳动较重的部门，采用机械手可以拆装三通阀、分 解制动缸、组装轮对、清除石棉等，大大减低了劳动强度。 在采用机械手进行装配方面也是应用的一大热点，与传 感装置、计算机的配合能对零件方位进行确定，能达到镶 装的目的。

3机械手的发展方向及前景

自20世纪60年代初期问世，机械手历经了近50年 发展，成为了制造业生产自动化中十分重要的机电设备， 其发展前景一片光明。首先，伴随现代控制技术和微电子 技术的发展，机械手重复精度提高，其定位准确性得到増 强。其次，机械手可具有重构化的机械结构，即模块化，经 拼装，机械手可具有的功能是:根据实际作业需要启动所 需的模块，实现所对应的功能，让同一机械手具有不同的 功能，增大其应用范围。再者，随着低碳理念的深人人心， 机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一些新型 材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅 使系统简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值 得重视的是，随着机电一体化的发展，控制系统将向基于 PC机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作 用的日益加重，由“可编程控制器、传感器、动作元件”组 成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向，在 此系统中，传统的“开关控制”也将转变为“反馈控制”，从 而进一步提升系统的精度。

4结语

从1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手， 到20世纪70年代初期制造业开始引进机械手的使用， 再到1972年我国第一台机械手的开发以及随之而来的 全国范围都开始研制和应用机械手，机械手的发展历经 了这短短几十年，迎来的是制造业的全新面貌。并且机械 手依旧在发展，在进步，其应用领域更在向着非制造业和 服务业发展，可以预见，机械手一定会继续蓬勃发展，为 其涉及的行业做出更大的贡献。

，考文献：

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(上接第74页）各个端口将各个设备连接起来。主要由 记忆模块和采集模块，依靠RS-485通讯接口，实施交互 信息。RS-485通讯协议规定了串行通信数据单元的格 式：1位起始位，6/7/8位数据位，1位奇偶校验位，1/2位 停止位。RS-485全称为EIA-485串行通信标准，只规定 了平衡发送器和接收器的电气特性，而没有规定接插件、 传输电缆和应用层通信协议，数据信号采用差分传输方 式。

记忆模块主要是ARM芯片内置了 64 k或128 k字 节的Flash ROM用于存放程序代码；记忆部分含有具有 断电数据保护功能的SRAM,有读写速度快，抗干扰能力 强，掉电数据不丟失的特点。通讯过程中均采用厂家定义 的通信协议，此外记忆模块还有电源抗干扰设计。采集模 块顾名思义就是对电表数据进行采集。采用I2C接口串 行E2PROM作为存储器存人记忆模块，各个电表数据通 过RS485接口进行通讯。

5系统的可行性和发展前景

该产品可以实现一个控制室对全市或更大范围内的 电表进行统一的集中抄表、管理，这样可以节约大量的人 力物力。同时，抄表系统有自动诊断功能，可以将当前的 电表状态实时的传送到控制室，给控制室提供当前的最 新资料。

该抄表系统采用GSM网络进行数据传输，无特殊情 况下，仅仅传输电表数据，这样的数据传输量相当的小， 在特殊情况下，可以采集图像信息。采用这种方式，可以 在最大的程度上降低运营成本。与传统的人力抄表来说， 减少的成本是相当可观的。

现在国家提出要向信息化社会发展，传统的抄表方 式势必会被这种智能的抄表系统所取代，这种技术也是 未来发展的一个方向。这个抄表系统的市场空间很大，在 国家相关政策的推动下，这个技术被广泛的推广使用。 6结语

本远程抄表系统主要用于电力部门对发电厂、变电 站和大用户系统进行远程抄表和实时监控。通过它可以 减少人工抄表的劳动强度，避免工人工作时可能出现的 意外伤害，并且能够及时发现违法窃电现象，解决了用户 玉电量管理部门的矛盾。该系统具有抄收速度快、计算精 度高、管理数字化、运行成本低等突出的优点，设计中选 用性价比较好的通信模块，在满足用户需求的基础上，极 大地降低了系统的成本，具有广阔的市场前景。

参考文献：

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