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中國地質大學長城學院
本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述
系 別： 工程技術系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
姓 名： 李佰君
學 號： 05208338
2012年5月1日
1 機械手研究的意義
隨著現代科學技術的發(fā)展，機械手的應用也越來越廣泛。在機械工業(yè)中，大量應用于鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機械加工以及裝配等工種。在其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工種中也均有應用。在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下：
(1)可以提高生產過程的自動化程度。
應用機械手有利于在自動生產線中實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以及機器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產率，降低生產成本。
(2)可以改善勞動條件，避免人身事故。
在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有放射性物質的環(huán)境場合，用人手直接操作是很危險的甚至是不可能的。而應用機械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。
(3)可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產。
應用機械手代替人手進行作業(yè)，這是直接減少人力的一個側面，同時應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一方面。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確的控制生產的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的生產。
(4)用液壓系統(tǒng)來控制機械手，比一般的機械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。
(5)運用機械手可以實現連續(xù)的生產，而大大提高在生產線的工作的時間，從而能大幅提高勞動的生產率。
綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢
2 國內外發(fā)展現狀
專用機械手經過幾十年的發(fā)展，如今已進入了以通用機械手為標志的時代。通用機械手可以應用于更加多的場合，從而節(jié)約了不少的開發(fā)以及設計的成本。由于通用機械手的發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。通用機械手涉及的內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用了一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學等，因此它是一項綜合性較強的技術。目前國內外對發(fā)展這一技術都很重視。幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷的修改，品種在不斷的增加，應用領域在不斷的擴大。雖然在這方面相對于發(fā)達國家還有點落后，但是國內現在也越來越感覺到機械手的重要性，國家大力支持相關的設計及產品的開發(fā)。在機器人的發(fā)展以及機械手的設計上也取得了一定的成果，國內每年都將舉行機器人大賽，以增加研發(fā)單位的交流與合作。
(1)研制有更多自由度的液壓機械手，這樣機械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動作。
(2)研制帶有行走機構的機械手，這種機械手可以從一個工作地點移動到另一個工作地點。
(3)研制維修維護方便的通用機械手。
(4)研制能自動編制和自動改變程序的通用機械手。
(5)研制具有一定感觸和一定智力的智能機械手。這種機械手具有各種傳感裝置，并配有計算機。根據仿生學的理論，用計算機充當其大腦，使它進行思考和記憶。用聽筒和聲敏元件作為耳朵能聽，用揚聲器作為嘴能說話進行應答，用熱電偶和電阻應變儀作為觸覺和感觸。用滾輪或者雙足式機構腳來實現自動移位。這樣的智能機械手可以由人的特殊語言對其下達命令，布置任務，使自動化生產線成為智能化生產線。
(6)機械手的外觀達到美觀的要求，盡量用最簡單的結構和設備能完成更加多的動作．
(7)研制具有柔性系統(tǒng)的通用機械手
目前，在國外廣泛應用的再現式通用機械手，雖然一般也都有記憶裝置，但其程序都是預先編好的，或由人在工作之前領動一次，而后機械手可以按領動的工作內容正確進行再現動作。如果把這種再現式通用機械手稱為第二代機械手的話，那么現在處于研制階段的智能機械手就是第三代了?，F在研究的機械手正在朝著一種可以存儲大量的程序的并且可以改變并重新寫入程序的方向發(fā)展，而且機械手具有比原來的更多的自由度?，F在國內具有越來越強的自主研發(fā)的單位，我相信在不久的將來，我國一定能夠趕上并將且超越發(fā)達國家在機械手乃至整個機械方面處于領先地位。
3夾持式手部結構
夾持式是最常見的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內卡式(或內漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動作，手指可分為一支點回轉型，二支點回轉型和移動型(或稱直進型)，其中以二支點回轉型為基本型式。當二支點回轉型手指的兩個回轉支點的距離縮小到無窮小時，就變成了一支點回轉型手指;同理，當二支點回轉型手指的手指長度變成無窮長時，就成為移動型。回轉型手指開閉角較小，結構簡單，制造容易，應用廣泛。移動型應用較少，其結構比較復雜龐大，當移動型手指夾持直徑變化的零件時不影響其軸心的位置，能適應不同直徑的工件。
(一)具有足夠的握力(即夾緊力)
在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。
(二)手指間應具有一定的開閉角
兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開，若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。
(三)保證工件準確定位
為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。
(四)具有足夠的強度和剛度
手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉軸線上，以使手腕的扭轉力矩最小為佳。
(五)應考慮被抓取對象的要求
(1)抓取形狀 手指形狀應根據工件形狀而設計。如工件為圓柱形．則采用“V”形手指；圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細絲工件用尖指勾形或細齒鉗爪手指?？傊畱鶕ぜ螤顏磉x定手指形狀。
(2)抓取部位 抓取部位的尺寸盡可能是不變的．若加工后尺寸有變化，手指應能適應尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對于工件表面質量要求高的，抓取時盡量避開高質量表面或在手指上加軟質墊片(如橡皮．抱沫塑料．石棉襯墊等)，以防夾持時損壞工件。
(3)抓取數量 若用一對手指抓取多個工件，為了不發(fā)生個別工件的松動或脫落現象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫、塑料等 ，對于較長工件可采用雙指或多指抓取。
(六)應考慮手指的多用性
手指是專用性較強的部件，為適應小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指，對于這種手指要求結構簡單，安裝維修方便，更換迅速和準確，以便擴大機械手的使用范圍。
4 控制系統(tǒng)
機器人手的控制系統(tǒng)決定哪些潛在的靈巧技能能夠被實際利用，這些技能都是由機械系統(tǒng)所提供的。如前所述，控制系統(tǒng)可分為控制計算機即硬件和控制算法即軟件?？刂葡到y(tǒng)必須滿足以下幾個的條件：必須要有足夠的輸入輸出端口。例如，一具有9 個自由度的低級手，其驅動器至少需要9 路模擬輸出端口，且要有9 路從角度編碼器的輸入端口。如再加上每個手指上的力傳感器、觸覺傳感器及物體狀態(tài)傳感器的話，則端口數量將增加幾倍。需具備對外部事件快速實時反應的能力。例如，當檢測到物體滑落時，能立即采取相應的措施。需具備較高的計算能力以應對一些不同的任務。如可以對多指及物體并執(zhí)行路徑規(guī)劃、坐標轉換及閉環(huán)控制系統(tǒng)等任務?？刂葡到y(tǒng)的體積要小，以便能夠將其直接集成到操作系統(tǒng)當中。在控制系統(tǒng)與驅動器及傳感器之間必須要電氣短接。特別是對傳感器來說，若沒有的話，很多的干擾信號將會干擾傳感器信號。
為了應對系統(tǒng)的要求，控制硬件一般分布在幾個專門的處理器中。如可通過一個簡單的微控制器處理很低端的輸入輸出接口（馬達和傳感器），因此控制器尺寸很小，能輕易地集成到操作系統(tǒng)中。但是較高水平的控制端口則需要較高的計算能力，且需要一個靈活實時操作系統(tǒng)的支持。這可以通過PC 機輕易地解決。因此，控制硬件常有一個非均勻的分布式計算機系統(tǒng)組成，它的一端是微控制器，而另一端則是一個功能強大的處理器。不同的計算單元則通過一個通信系統(tǒng)連接起來，比如總線系統(tǒng)。
機器人手的控制軟件是相當復雜的。必須要對手指進行實時及平行控制，同時還要計劃手指和物體的新的軌跡。因此，為了減少問題的復雜性，就有必要將此問題分成幾個子問題來處理。另一方面涉及軟件的開發(fā)。機器人手其實是一個研究項目，它的編程環(huán)境如用戶界面，編程工具和調試設施都必須十分強大和靈活。這些只能使用一個標準的操作系統(tǒng)才能得到滿足。在機械人中普遍使用的分層控制系統(tǒng)方法都經過了修剪，以滿足機械手的特殊控制要求。
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