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1、毕业设计(论文)开题报告题 目： 曲轴自动搬运上线机械手设计 学院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化0605 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2010 年 3 月 25 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文格式成文，并直接书写（或打印
2、）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅文献资料，每人撰写2500字以上文献综述，文后应列出所查阅文献资料。文 献 综 述1 机械手概述用于再现人手功能技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手部分动作，按给定程序、轨迹与要求实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为工业机械手。工
3、业机械手是近代自动控制领域中出现一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴学科机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术与计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发展起来一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人一个重要分支。他特点是可以通过编程来完成各种预期作业，在构造与性能上兼有人与机器各自优点，尤其表达在人智能与适应性。机械手作业准确性与环境中完成作业能力，在国民经济领域有着广泛发展空间。机械手发展是由于它积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分代替人工操作；其二、它能
4、按照生产工艺要求，遵循一定程序、时间与位置来完成工件传送与装卸；其三、它能操作必要机具进行焊接与装配，从而大大改善了工人劳动条件，显著提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化与自动化步伐。因而，受到很多国家重视，投入大量人力物力来研究与应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性与污染场合，应用更为广泛。在我国近几年也有较快发展，并且取得一定效果，受到机械工业。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中工作。 机械手结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术发展，制成了能够独立按程序控制实现重复操作，适用范围比较广“程序控制
5、通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种中小批量生产中获得广泛引用7。2 机械手发展史现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现与主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能柔性自动化 。机械手首先是从美国开始研制。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁工件抓放机构，控制系统是示教型。 1962年，美国机械铸造公司在上述方案基础之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)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁
6、鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来。同年该公司与普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、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发展基础。1978年美国Unimate公司与斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm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，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高机械手可靠性，改进结构
7、，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性一种量度。它给出在第一次故障前平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接与设备上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构与程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手研究。据报道，19
8、79年从事机械手研究工作大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学与国家研究部门用在机械手研究费用42%。1979年日本机械手产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序与可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年二倍。具有记忆功能机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%速度增长。使用机械手最多是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。 第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有
9、视觉、触觉能力，甚至听、想能力。研究安装各种传感器，把感觉到信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉与视觉机械手。第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中任务。它及电子计算机与电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)与柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着工业机器手（机械人）研究制造与应用扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国与其他国家学术交流活动开展很多9。3 工业机械手在生产中应用机械手是工业自动控制领域中经常遇到一种控制对象。机械手可以完成许多工
10、作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。在现代工业中，生产过程中自动化已成为突出主题。各行各业自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成或者危险工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续。据资料介绍，美国生产全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工时间仅占零件生产时间5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化迫切性，工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。目前在我国机械手常用于完成工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取
11、料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面应用7。3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂4号与5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂齿坯自动线（盘类）等。加工箱体类零件组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手，如上海动力机厂气盖加工自动线转位机械手4。3.2 在实现单机自动化方面各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀与松开功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人
12、看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂曲拐自动车床与座圈自动车床机械手，大连第二车床厂自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂Y38滚齿机械手，青海第二机床厂滚铣花键机床机械手等。由于这方面使用已有成功经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）与天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上冲床用机械手较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手与天京
13、拖拉机厂400t冲床下料机械手等；其一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进轻局技术研究所制作120t与40t多工位冲床机械手等4。4 国外机械手发展状况目前国外已经出现了触觉与视觉机械手。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉触觉能力，甚至听想能力。研究安装各种传感器，能把感觉到信息反馈，使机械手具有感觉机能。国外也出现了第三代机械手，它能独立地完成工作过程中任务。它及电子计算机与电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS与柔性制造单元FMC中重要一环4。5 机械手工作原理工作要求机械手具有三个运动：手指开合，手臂绕轴上、下摆动，手臂在水平面内回转。机械手工
14、作过程可分为：1）电动机经减速器带动链轮转动，链轮带动分配轴转动。2）齿轮通过盘形凸轮带动摆杆，经一系列杆件带动手指张开。由弹簧实现手指复位夹紧。3）盘形凸轮通过摆杆使圆筒上下往复移动，实现大臂上下摆动。4）圆柱凸轮通过齿条带动齿轮转动，实现转盘往复回转。通过各部分协同工作，能使机械手依次完成手指张开、手指夹紧、手臂上摆、手臂回转一定角度、手臂下摆、手指张开放料，手臂再次上摆、反转、下摆、复位等动作，从而代替人完成有用机械功1。6 工业机械手发展趋势(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作与维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年万美元降至97年6.5万美元。(
15、2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中伺服电机、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:大大提高了系统可靠性、易操作性与可维修性。(4)机器人中传感器作用日益重要，除采用传统位置、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
16、技术在机器人中作用已从仿真、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感觉来操纵机器人。(6)当代遥控机器人系统发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者及机器人人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整监控遥控操作系统，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“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究热点之一，纷纷探索开拓其实际应用领域。我国工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操
17、作机设计制造技术、控制系统硬件与软件设计技术、运动学与轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂焊装线上。但总来看，我国工业机器人技术及其工程应用水平与国外比还有一定距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术及国外比有差距;在应用规模上，我国己安装国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国机器人生产都是应用户要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格
18、多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国智能机器人与特种机器人在“863”计划支持下，也取得了不少成果。其中最为突出是水下机器人，6000m水下无缆机器人成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术开发应用上开展了不少工作，有了一定发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等开发用方面则刚刚起步，及
19、国外先进水平差距较大，需要在原有成绩基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用技术与产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中7。参考文献 李超，气动通用上下料机械手研究及开发.陕西科技大学，2003 张建民.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,1992 李明.单臂回转机械手设计.制造技术及机床，2004.6 王国强. 虚拟样机技术及其在ADAM S 上实践M . 西安: 西北工业大学出版社, 2002. ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. TheInt.Symposium on in dustrial robots
20、( ISIR),Sydney,Australia,1988,91-100. John J.Craig,Introduction to Robotics Mechanics and Control,Second Edition,Addison-Wesley,Reading,MA,1989. Durstewitz,M ;Kiefner,B ,Virtual collaboration environment for aircraft design,Information Visualisation,2002. Proceedings.Sixth International Conference o
21、n，10-12 July 2002,Page(s):502- 507 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题目及意义；二、课题发展现状与前景展望；三、课题主要内容与要求；四、研究方法、步骤与措施 开 题 报 告一、课题目及意义随着工业自动化程度提高，工业现场很多易燃、易爆等高危及重体力劳动场合必将由机器人所代替。这一方面可以减轻工人劳动强度，另一方面可以大大提高劳动生产率。例如，目前在我国许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往冲压成型这一工序还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。为此，我们把上下料机械手作为我们研究课题。现在机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺
22、点：（1）液压传动在工作过程中常有较多能量损失(摩擦损失、泄露损失等)；液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分运动平稳性及正确性。（2）工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。（3）因液压脉动与液体中混入空气，易产生噪声。（4）为了减少泄漏，液压元件制造工艺水平要求较高，故价格较高；且使用维护需要较高技术水平。鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点：（1）介质提取与处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道与容器；介质清洁，管道不易堵塞，不存在介
23、质变质及补充问题。（2）阻力损失与泄漏较小，在压缩空气输送过程中，阻力损失较小（一般仅为油路千分之一），空气便于集中供应与远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样，造成压力明显降低与严重污染。（3）动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要即可建立起所需压力与速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。（4）能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况时，机器及其工艺流程不致突然中断。（5）工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶劣环境中，气压传动及控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度变化影响传动及控制性能。（6）成本低廉。由于气动系统工作压力较
24、低，因此降低了气动元、辅件材质与加工精度要求，制造容易，成本较低。传统观点认为：由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂机械手，用气动元件组成控制系统己被接受，但由于气动机器人这一体系己经取得一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化领域里，对气动机械手、气动机器人实用性与前景存在不少疑虑。二、课题发展现状与前景展望对于搬运物体类机械手基本要求是能快速、准确地拾放并且能搬运物件，这就要求具有较高精度、快速反应、一定承载能力
25、、足够工作空间与灵活自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手原则是：充分分析作业对象与环境，明确工作结构形状与材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时受力特性、尺寸与质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制要求，尽量选用定型标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性与专用性，并能实现柔性转换与编程控制。本次设计机械手是通用拾取轴类零件机械手，是一种适合于成批或中、小批生产、可以改变动作程序自动搬运或操作设备，它可以用于操作环境恶劣，劳动强度大与操作单调频繁生产场合。三、课题主要内容与要求本课题将要完成主要任务如下：(1)选取合适曲轴，并确定其特征参数；(2)选取机械手坐标型式与自由
26、度；(3)设计出机械手各执行机构，包括：手部、手腕、手臂等部件设计；(4)气压传动系统设计。本课题将设计出机械手气压传动系统，包括气动元器件选取，气动回路设计；(5)机械手控制系统设计。本机械手采用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号，根据机械手工作流程编制出PLC程序。四、研究方法、步骤与措施1）首先参阅有关曲轴有关书籍与资料，明确一般汽车主轴主要参数如质量，体积等； 2）参阅有关机械手设计有关书籍，掌握一般工业搬运类机械手应该具备一些部件与动力参数； 3）根据所给课题及任务设计出曲轴搬运上线机械手。 4）在教师指导下，认真按时完成毕业设计每个进度任务。毕 业
27、设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”评语： 2对本课题深度、广度及工作量意见与对设计（论文）结果预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日搬运机械手PLC控制系统设计摘 要随着工业自动化普及与发展，控制器需求量逐年增大，搬运机械手应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源与提高运输设备或产品效率，以降低其他搬运方式限制与不足，满足现代经济发展要求。本机械手机械结构主要包括由两个电磁阀控制液压钢来实现机械手上升下降运动及夹紧工件动作，两个转速不同电动机分别通过两线圈控制电动机正反转
28、，从而实现小车快进、慢进、快退、慢退运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位行程开关(SQ1-SQ9)产生通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同动作，可实现机械手精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中各种操作要求。关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀ABSTRACTWith the popularity of industrial automation and development
29、, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the tran
30、sport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development.The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increas
31、ed decline in sports and workpiece clamping action, the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast-forward, slow forward, fast rewind, slow movement back movement; conversion by setting its action in various different parts of the trip
32、switch (SQ1 - SQ9) generated on-off signal transmission to the PLC controller, through the PLC internal different output signal, which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action, the robot can achieve precise positioning; their course of action include:
33、decline in clamping increased, slow forward, fast forward, slow progress, the extension of , the drop in, relax, rise, slow back, rewind, slow back; its operation, including: Back in situ, manual, single-step, single cycle, continuous; to meet the production requirements of the various operations an
34、d maintenance.Keywords: handling mechanical hands, Programmable Logic Controller (PLC), hydraulic, solenoid valve目 录前 言.1第一章机械手概况1.1 搬运机械手应用简况21.2 机械手应用意义31.3 机械手发展概况3第三章搬运机械手PLC控制系统设计3.1 搬运机械手结构及其动作3.2 搬运机械手系统硬件设计3.3 搬运机械手控制程序设计1 操作面板及动作说明2 I/O分配3 梯形图设计1） 梯形图总体设计2） 各部分梯形图设计3） 绘制搬运机械手PLC控制梯形图结 论谢 辞参
35、考文献. 附：语句表 梯形图 I/O接线图前 言机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand能模仿人手与臂某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。它可代替人繁重劳动以实现生产机械化与自动化，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、轻工与原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构与控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，根据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料与作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型与吸附型等。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动作，改变被抓持物件位置与
36、姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置与方位物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计关 键参数。自由 度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手种类，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与通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制与连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸与传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立控制装置。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主从式操作手
37、也常称为机械手。机械手在锻造工业中应用能进一步发展锻造设备生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。第一章 机械手概况在现代工业中，生产过程机械化、自动化已成为突出主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续。专用机床是大批量生产自动化有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化重要办法。但除切削加工本身外，还有大量装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工时间仅占零件生
38、产时间5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化迫切性，工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面：热加工是高温、危险笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，与确保工人人身安全，尤其对于大件、少量、低速与人力所不能胜任作业就更需要采用机械手操作。冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类与箱体类等零件单机加工时上下料与刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上
39、应用，成为机床、设备上下工序联接重要于段。拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多部门之一，促进了机械手发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆质量与效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率重要因素。在机械工业中，机械手应用意义可以概括如下：应用机械手，有利于提高材料传送、工件装卸、刀具更换以及机器装配等自动化程度，从而可以
40、提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化与自动化步伐。2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人劳动条件。在一些动作简单但又重复作业操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成人身事故。3.可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力另一个侧面。因此，在自动化机床与综合加工自动生产线上，目前
41、几乎都设有机械手，以减少人力与更准确地控制生产节拍，便于有节奏地进行生产。综上所述，有效地应用机械手是发展机械工业必然趋势。机械手发展概况及发展趋势专用机械手经过几十年发展，如今已进入以通用机械手为标志时代。由于通用机械手应用与发展，进而促进了智能机器人研制。智能机器人涉及知识内容，不仅包括一般机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学与假肢工艺等，因此它是一项综合性较强新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术研究与发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。早在40年代，随着原子
42、能工业发展，已出现了模拟关节式第一代机械手。5060年代即制成了传送与装卸工件通用机械手与数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。6070年代，又相继把通用机械手用于汽车车身点焊与冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。90年代机械手在特殊用途上有较大发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，机械手技术也得到飞速多元化发展。总之，目前机械手
43、主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进方向主要是将低成本与提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想能力。研究安装各种传感器，把接收到信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中任务。它及电子计算机与电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)与柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。目前国内工业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
44、需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手同时，相应地发展通用机械手，有条件还要研制示教式机械手、计算机控制机械手与组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型夹紧机构，设计成典型通用机构，以便根据不同作业要求，选用不用典型部件，即可组成各种不同用途机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械
45、制造系统中一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定作业程序完成规定操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身损坏。为此，国外机械手发展趋势是大力研制具有某些智能机械手，使其拥有一定传感能力，能反馈外界条件变化，做出相应变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能与触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机与光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体种类、大小、颜色与方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手抓力大小可通过装在手指内侧压力敏感元件来控制，达到自动调整握力大小。总之，随着传感技术发展，机械手装配作业能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%汽车由机械手装配。现今机械手发展更主要是将机械手与柔性制造系统以及柔性制