机械手的设计.pdfVIP

1前言

1.1国内外开展概况⑴

机械手首先是美国开始研制的。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

是示教型的。

1962年，美国联合控制公司在上述方案的根底上又试制成一台数控示教再现型机

械手。商名为Animate（即万能自动）。运动系统力•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

根底上开展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司，专门生产工业

机械手。

1962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。虽然这两种机械手出

现在六十年代初，但都是国外工业机械手开展的根底。

1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院研究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。

联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于喷涂、起重运输、焊接和

设备的上下料等作业。

联邦德国KnKa公司还生产一种喷涂机械手，采用关节式结构和程序控制。

日本是机械手开展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大

力从事机械手的研究。

前苏联自六十年代开始开展和应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半

是进口。

目前，工业机械手大局部还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改良的方向主

要是降低本钱和提高精度。

第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能

力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反应，是机械手具有

感觉机能。

第三代机械手那么能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备

保持联系，并逐步开展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环。

1.1.1研究现状

自上世纪90年代来，随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅猛开展，

机器人技术也得到了飞速开展。原本用于生产制造的工业机器人水平不断提高，各种

用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。机器人的各种功能被相继开发并

得到不断增强，机器人的种类不断增多，机器人的应用领域也从最初的工业控制拓展

到各行各业，参军事到民用，从天上到地下，从工业到农业、林、牧、渔，从科研探

索到医疗卫生行业，从生产领域到娱乐效劳行业，甚至还进入寻常百姓家。

工业机器人的结构形式很多，常用的有直角坐标式、柱面坐标式、球面坐标式、

多关节坐标式、伸缩式、爬行式等等，根据不同的用途还在不断开展之中。喷涂机器

人根据不同的应用场合可采取不同的结构形式，但目前用得最多的是模仿人的手臂功

能的多关节式的机器人，这是因为多关节式机器人的手臂灵活性最大，可使喷枪的

空间位置和姿态调至任意状态，满足喷涂需要。理论上讲，机器人的关节愈多，自

由度也愈多，关节冗余度愈大，灵活性愈好；但同时也给机器人逆运动学的坐标变换

和各关节位置的控制带来复杂性。因为喷涂过程中往往需要把空间直角坐标表示的

工件上的喷涂位置转换为喷枪端部的空间位置和姿态，再通过机器人逆运动学计算转

换为对机器人每个关节角度位置的控制，而这一变换过程的解往往不是唯一的，冗余

度愈大，解愈多。如何选取最适宜的解对机器人喷涂过程中运动的平稳性很重要。不

同的机器人控制系统对这一问题的处理方式不尽相同。

1.1.2开展趋势⑵

工业机器人技术开展与应用水乳交融。在第一代工业机器人普及的根底上，第二

代已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重。以应用为龙头

拉开工业机器人技术的开，其重点开领域与技术特点表达在下述方面：

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