機(jī)械手發(fā)展迅猛 解讀其歷史、構(gòu)成及分類(lèi)

機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。

歷史

它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專(zhuān)利。該專(zhuān)利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類(lèi)似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。

構(gòu)成

機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。

分類(lèi)

機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱(chēng)為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。

多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)

多關(guān)節(jié)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是:動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過(guò)機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對(duì)多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來(lái)越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個(gè)到十幾個(gè)甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根據(jù)不同的場(chǎng)合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機(jī)械手所不能比擬的。

油田鉆柱操作機(jī)械手

本產(chǎn)品由山東科技大學(xué)研發(fā)而成，主要用于鉆井時(shí)的鉆桿、鉆鋌等的裝、卸工作。操作機(jī)械手設(shè)計(jì)有兩個(gè)，一個(gè)坐落在一層臺(tái)井口旁邊2米左右處，簡(jiǎn)稱(chēng)為下手；一個(gè)坐落在二層臺(tái)上的中心臺(tái)上，簡(jiǎn)稱(chēng)為上手。下手的腰部回轉(zhuǎn)角度≥120°，最大伸縮距離為5.7米，有5個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，在手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，手部保持水平平動(dòng)。上手的腰部回轉(zhuǎn)角度為310°，最大伸縮距離≥2800mm，上手有9個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，手臂做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，手部保持水平平動(dòng)。機(jī)械手采用手動(dòng)比例閥控制下的液壓控制方式。機(jī)械手可以完成的操作對(duì)象參數(shù)為：①鉆柱高30m；②鉆桿重量為：40Kg/m，總重1200Kg；③鉆鋌（七英寸直徑）重量為：180Kg/m，總重5400Kg。

硬臂式助力機(jī)械手

硬臂式助力機(jī)械手與氣動(dòng)平衡吊和軟索式助力機(jī)械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區(qū)別是在有扭矩產(chǎn)生的情況下無(wú)法使用氣動(dòng)平衡吊或是軟索式助力機(jī)械手，而必須選用硬臂式助力機(jī)械手。比如在工件重心遠(yuǎn)離臂懸掛點(diǎn)，或是工件需要翻轉(zhuǎn)或傾斜情況下，必須選用硬臂式助力機(jī)械手，還有在廠(chǎng)房高度有限情況下，可以選用硬臂式助力機(jī)械手。硬臂式助力機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)提升最大500Kg的工件，半徑最大可以達(dá)到3000mm，提升高度最大2500mm。根據(jù)起吊工件重量不同，應(yīng)選擇符合最大工件重量的最小型號(hào)的機(jī)器，如果我們用最大負(fù)載200Kg的機(jī)械手來(lái)搬運(yùn)30Kg的工件，那么操作性能肯定不好，感覺(jué)很笨重。配有儲(chǔ)氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個(gè)循環(huán)，同時(shí)會(huì)報(bào)警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動(dòng)自鎖功能，防止工件下降。并設(shè)有安全系統(tǒng)，在搬運(yùn)過(guò)程中或是工件沒(méi)有被放置在安全表面時(shí)，操作者不能釋放工件。上海永乾制造的助力機(jī)械手（含硬臂式、軟索式）還可以在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)氣壓不足的情況下，增加增壓泵，可以使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)。配合各種非標(biāo)夾具，硬臂式助力機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)起吊各種形狀的工件。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導(dǎo)軌移動(dòng)。

軟索式機(jī)械手

軟索式機(jī)械手的功能與氣動(dòng)平衡吊類(lèi)似，具有全行程的“漂浮”功能，但是提升位移比氣動(dòng)平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大負(fù)載只有450Kg。配有儲(chǔ)氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個(gè)循環(huán)，同時(shí)會(huì)報(bào)警，提醒操作者。配合各種非標(biāo)夾具，軟索式助力機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)起吊各種形狀的工件。安裝形式可以固定地面或懸掛固定使用，不能使用導(dǎo)軌式。

T型助力機(jī)械手

區(qū)別于硬臂式助力機(jī)械手的是T型助力機(jī)械手沒(méi)有雙關(guān)節(jié)機(jī)械臂，它的前后左右位移靠導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于T型助力機(jī)械手沒(méi)有機(jī)械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操作空間狹小的場(chǎng)合。T型助力機(jī)械手的最大負(fù)載要比硬臂式小，只有200Kg，但提升高度可以根據(jù)客戶(hù)要求設(shè)計(jì)，而且搬運(yùn)范圍要比硬臂式大的多。配有儲(chǔ)氣罐，可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個(gè)循環(huán)，同時(shí)會(huì)報(bào)警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動(dòng)自鎖功能，防止工件下降。并設(shè)有安全系統(tǒng)，在搬運(yùn)過(guò)程中或是工件沒(méi)有被放置在安全表面時(shí)，操作者不能釋放工件。配合各種非標(biāo)夾具，硬臂式助力機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)起吊各種形狀的工件。安裝形式為導(dǎo)軌移動(dòng)。

來(lái)源：慧聰塑料網(wǎng) 作者：馮亞楠

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