浅谈机械手及其应用与发展前景_核能的应用与发展前景

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第31卷第2期

V〇1.31 No.2

企业技术开发

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE

2012年1月 Jan.2012

洗谈机械手及其启用与发展箭景

.• 韩梦丹，部晓宇

(西南交通大学，四川成都611756)摘要：在现代工业生产中，生产过程的机械化、自动化已经成为突出的主题。有效应用机械手，则是发展机 械行业的必然趋势。文章在介绍机械手结构组成及工作原理的基础上，概述其应用及发展前景。关键词：机械手；应用；发展前景 中图分类号：TH138 文献标识码：A

文章编号：1006-8937(2012)02-0079-02随着现代化工业的不断发展以及生产过程机械化和 自动化水平的提升，工业机械手凭借其自身显著的特点 得到了广泛应用。如：应用机械手可以减轻劳动强度、提 高产品质量、改善劳动条件,避免人身事故的发生，在高 温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、和有放射性以及毒性 污染的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地替代 人来安全地完成作业，有节奏地进行生产等。其在机械加 工行业中的应用大大提高了生产效率，节省劳动力成本 达50%以上。

1机械手结构组成及其工作原理

机械手是一种能按给定的程序或要求，自动地完成 物件(如材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机 械装置，它能部分地替代人的手工劳动。较高级形式的机 械手，还能模拟人的手臂动作，完成复杂的作业。

机械手主要由抓取机构、传送机构、驱动部分、控制 机构以及行程检测装置、传感装置等部分组成。其各部分 之间的相互关系如图1所示。

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ifilt-r|niJ 图i机械手的组成及其相互关系

抓取机构对物件抓取和放置，它包括了手指与传力 机构等。传送机构可以改变物件的方位。驱动部分负责为 抓取、传送两机构提供驱动，常用形式有液压、气压、电力 和机械驱动等，其中，电力驱动采用较少，机械驱动则一 般用于简易机械手，液压驱动和气压驱动方式占据了较 大比例。气压驱动结构简单、压缩气源一空气易得、造价 低、能达到较高速度,且气动元件的生产与应用也在逐步 扩大;液压驱动伺服系统响应快，且重量轻、体积小、动作 平稳、有着良好的控制性能、能在极低的速度下输出较大 力，且由于液压元件的标准化、系列化、通用化，使得液压 系统的设计、制造比较方便。控制部分是机械手动作的指 挥系统，由它来控制动作的顺序、位置、时间等。行程监测 装置对机械手各运动行程进行检测和控制；传感装置中

作者简介：韩梦丹（1991-)，女，四川成都人，大学本科，主要研究 方向：机械设计制造及其自动化。

装传感器，使手指具有敏感性和自控.性，用于检测物件与 抓取机

构接触情况以及物件是否滑落等。

本文以四自由度液压驱动通用机械手为例，对机械 手的工作原理进行简要介绍。如图2所示，即为该种液压 通用机械手的结构原理图。2—手II上下播动油缸 31臂左右转动油ft 4—乎臂上下樣动机械反嫌#置 S —坊尘軍

6— 手《a转及手指握s油*I

7— 手臂前后伸缩机械K後鼓* 手脅前e伸缩油魟 手騫上下摆动s转油缸 10-手臃上下播动机«5供酱* 11一电气控«麴置 12-*®#*

图2机械手结构原理图

该种机械手，主要可以归为机械、液压、电气控制系 统等

三个部分。机械部分包括手部、驱动及传送机构、位 置反馈装置和机体等，如图2所示，机械手的手臂前后伸 缩、上下升降、左右转动、上下摆动分别由直线油缸(8)、直线油缸（1)、回转油缸(3)、以及铰接直线油缸(4)带动 实现。机械手的手腕上下摆动则是由回转油缸(9)带动与 该部分结构相对应的齿轮，再通过链条将运动传送到手 腕摆动轴（图中未画出）来实现。手指握紧部分通过杠杆 手指和单向作用式握紧油缸(6)的配合来输出相应运动。上述各个油缸的控制是通过步进电动机带动随动阀按照 输人信号来改变通往油缸油液的方向和流量，由于油缸 输出与随动阀之间采用刚性反馈联系，能不断消除输人 与输出之间的误差，从而可进行较为准确的定位。最后，对步进电动机的控制则由电气控制系统（11)实现，该简 易数字控制系统采用集成电路，共可对步进电机实现手 动、自动以及联动等三种控制方式。通过以上几个部分的 密切配合，机械手的各种运动得以准确无误地实现。

2机械手的应用概况

① 热加工方面。热加工是高温、危险的体力劳动，采 用机械手操作可以实现高效率和安全工作，如对少量、低 速以及人力不能胜任的作业的实现。在锻造、铸造、熔炼 等工业，机械手的应用能进一步发挥设备的生产能力，安 80 企业技术开发 2012年1月

装了机械手的操作机可实现生产过程自动化，取代了人 工喂料等操作，大大提高了生产效率以及产品质量。

② 冷加工方面。冷加工方面的机械手主要用于一些 配件及零件加工时上下料以及刀具安装的过程，将其应 用于一些数控机床和加工生产线以及自动线上，成为了 设备、机床上下T.序联接的重要手段。同时，也在加工生 产自动线上采用臂式机械手作为联接丁序、运送工件的 重要设备。

③ 在装、拆、修方面。众所周知，拆修装是铁路工业系 统体力劳动较重的部门，采用机械手可以拆装三通阀、分 解制动缸、组装轮对、清除石棉等，大大减低了劳动强度。在采用机械手进行装配方面也是应用的一大热点，与传 感装置、计算机的配合能对零件方位进行确定，能达到镶 装的目的。

些新型 材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅 使系统简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值 得重视的是，随着机电一体化的发展，控制系统将向基于 PC机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作 用的日益加重，由“可编程控制器、传感器、动作元件”组 成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向，在 此系统中，传统的“开关控制”也将转变为“反馈控制”，从 而进一步提升系统的精度。

4结语

从1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手，到20世纪70年代初期制造业开始引进机械手的使用，再到1972年我国第一台机械手的开发以及随之而来的 全国范围都开始研制和应用机械手，机械手的发展历经 了这短短几十年，迎来的是制造业的全新面貌。并且机械 手依旧在发展，在进步，其应用领域更在向着非制造业和 服务业发展，可以预见，机械手一定会继续蓬勃发展，为 其涉及的行业做出更大的贡献。3机械手的发展方向及前景

自20世纪60年代初期问世，机械手历经了近50年 发展，成为了制造业生产自动化中十分重要的机电设备，其发展前景一片光明。首先，伴随现代控制技术和微电子 技术的发展，机械手重复精度提高，其定位准确性得到増 强。其次，机械手可具有重构化的机械结构，即模块化，经 拼装，机械手可具有的功能是:根据实际作业需要启动所 需的模块，实现所对应的功能，让同一机械手具有不同的 功能，增大其应用范围。再者，随着低碳理念的深人人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一，考文献：

[1 ]明仁熊.液压与气压传动[M].北京:国防工业出版社，2003.[2] 陆祥生.机械手一理论及应用[M].北京:中国铁道出版社，1985.[3] 王承义.机械手及其应用[M].北京:机械丁.业出版社，1981.(上接第74页）各个端口将各个设备连接起来。主要由 记忆模块和采集模块，依靠RS-485通讯接口，实施交互 信息。RS-485通讯协议规定了串行通信数据单元的格 式：1位起始位，6/7/8位数据位，1位奇偶校验位，1/2位 停止位。RS-485全称为EIA-485串行通信标准，只规定 了平衡发送器和接收器的电气特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议，数据信号采用差分传输方 式。

记忆模块主要是ARM芯片内置了 64 k或128 k字 节的Flash ROM用于存放程序代码；记忆部分含有具有 断电数据保护功能的SRAM,有读写速度快，抗干扰能力 强，掉电数据不丟失的特点。通讯过程中均采用厂家定义 的通信协议，此外记忆模块还

6结语

本远程抄表系统主要用于电力部门对发电厂、变电 站和大

用户系统进行远程抄表和实时监控。通过它可以 减少人工抄表的劳动强度，避免工人工作时可能出现的 意外伤害，并且能够及时发现违法窃电现象，解决了用户 玉电量管理部门的矛盾。该系统具有抄收速度快、计算精 度高、管理数字化、运行成本低等突出的优点，设计中选 用性价比较好的通信模块，在满足用户需求的基础上，极 大地降低了系统的成本，具有广阔的市场前景。

参考文献：

有电源抗干扰设计。采集模 块顾名思义就是对电表数据进行采集。[1] 郭天祥编.51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版 社，采用I2C接口串 行E2PROM作为存储器存人记忆模块，各个电2009.表数据通 过RS485接口进行通讯。[2] 康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2006.5系统的可行性和发展前景

该产品可以实现一个控制室对全市或更大范围内的 电表进行统一的集中抄表、管理，这样可以节约大量的人 力物力。同时，抄表系统有自动诊断功能，可以将当前的 电表状态实时的传送到控制室，给控制室提供当前的最 新资料。

该抄表系统采用GSM网络进行数据传输，无特殊情 况下，仅仅传输电表数据，这样的数据传输量相当的小，在特殊情况下，可以采集图像信息。采用这种方式，可以 在最大的程度上降低运营成本。与传统的人力抄表来说，减少的成本是相当可观的。

现在国家提出要向信息化社会发展，传统的抄表方 式势必会被这种智能的抄表系统所取代，这种技术也是 未来发展的一个方向。这个抄表系统的市场空间很大，在 国家相关政策的推动下，这个技术被广泛的推广使用。

[3] 谭浩强，张基温.C语言程序设计教程[M].北京:高等教育出 版

社，2006.14]文全刚.嵌人式系统接口原理与应用[M].北京:北京航空航 天大

学出版社，2009.