自动上下料机械手臂与夹持部件的三维设计以及主要零部件设计.docx

摘要

机械手在机械制造领域得到广泛应用，在各种加工机床中能够完成相应的工作。在焊接喷漆领域，焊接机器人和喷漆机器人已经得到了成功应用。现在的普通机械手的工作原理是利用传感器采集工作环境数据做出处理，然后根据数据修正工作状态。机械手的工作状态需要设定范围，因此需要人对机械手设定相应的程序让它执行。智能拟人机械手的优势主要体现在几个方面[1]:一是不仅能够模仿人手进行动作，而且兼顾了普通机械手的特点，比如取代反复、枯燥、沉重的体力劳动；二是可适应繁复艰苦的工作条件；三是提高工作效率和机械自动化应用率。简而言之，拟人机械手是一种自动装置，它能够按照一定的操作指令，模仿人体上肢动作，同时又兼具普通机械手的特点，因此各行业争相引入。国外的专家通过对拟人机械手研究资料的整理、分析、总结，先后取得了机械手方面的研究突破，更多的多手指更多关节的机械手指被生产。比如：Utah/MIT手爪是由美国麻省理工学院和犹他大学在20世纪80年代共同研究生产出的；还有同时代的Stanford/JPL多指灵巧手是美国斯坦福大学的研究结晶[2]。近年来，例如拥有TetsuyaMouri,HaruhisaKawasa-ki,KeisukeYoshikawa等专家工作组研制的GifuHandIⅢ,SungmooRyew和HyoukryeolChoi共同研制的SKKRobotHandI都将模拟人体的性质考虑在内。GifuHandIII侧重模拟手掌和手指的紧握、抓紧和行动等性质，模拟程度略逊于SKKRobotHandI。SKKRobotHandI侧重分析关节活动的自由程度以及与人手的相似度，需要明确的是SKKrobotHandI应用了高度模块，由于高度模块化，手指的数量并不仅局限于成型的模式，而且可以按照需要任意增减[3]。目前研究仍集中于多指灵巧手，其传动装置虽经过更新换代，所占的空间已大幅缩小，但因为多指灵巧手结构上的特殊性使其负载能力不高且难以控制，所以多指灵巧手的使用并不普遍。即使在后续的研究中应用了更先进的技术和方法，其原本的原动力以及传递运动的方式仍无法改变，先天缺陷也无法弥补。目前研究机械手的重点成为了欠驱动手爪，就是为了解决机械传动“出工不出力”的问题。和国外成熟的产品相比，我国的相关研究比较少，在20世纪80年代，国家大力支持工业机器人的科技攻关，经过近数年的不断探索，我国在机器人的相关研究中积累了比较成熟的经验，可以将研究出来的机器人用在不同领域发挥重要作用。现在很多企业都能够用上国产

的喷漆机器人、焊接机器人，尤其是在我国的大型汽车制造企业生产线上。我国现在机器人研发企业众多，总数超过200家，很多企业单位都具有自己的研发制造特色，比如哈尔滨的焊接研究所、昆明的船舶公司、一汽集团的涂装技术开发中心等等，除了这些有研发实力的企业，很多有实力的科研院所和大学都有机器人方面的研究进展。机械手是否能够按照已经给出的路线到达指定地点的准确性是检测机械手的精度与否的重要考量依据，机械手的大小取决于反馈装置的灵活度和驱动装置的分辨率。由于机械手需要承担多次往复工作，所以机械手的重复精度更加受到人们的重视，其概念是机械手按照指定路线到达同意指定点的精确程度。机械手的一次定位基准有可能会带来失准的问题，对于这个精度误差的问题可以通过多次试验定位基准得到误差反馈，然后利用这个反馈计算并且实现编程操作修正的方法加以解决。这种反馈调节机制在现代工业控制领域起着很大的作用，重复精度误差调节就属于其中的一种。

随着生产力的提高和科学技术的不断进步，工业机器人得到了社会的认可，被越来越多的工厂应用，并朝着各个方向比如，高速、高精度、轻量化、重载、高柔性、高可靠性的方向发展。工业机器人可以在三维空间中完成各种操作，特别适用于多种多样，多批性生产。它在更新产品，改善工人工作环境，工厂效率的提高方面发挥着非常重要的作用。机器人是一种电子机械装置，用于模拟一些人类手，整合人们和机器的优势。它自动崩溃，处理或操作，具有不断工作，精度和抗邪的环境。因此，它被广泛应用于制造业中的各个岗位比如加工，冲压，铸造，锻造，焊接，热处理，电镀，涂层，装配，等领域。随着工业技术的发展，研制出了一种“程序控制通用机械手”,它是可以根据程序员编写的程序独立控制，实现重复操作，具有广泛的应用前景。与手工操作相比，提高了生产效率和产品质量。同时，对降低劳动强度、减少工伤事故的发生具有重要意义。

1、机械手相关概述

机械手主要由控制系统、驱动系统、执行机构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1-1所示。

控制系