1、 毕业设计（论文） 文献综述 设计（论文）题目： 4 自由度气动机械手设计 学 院 名 称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学号： 指 导 教 师： 2010 年 12 月 24 日 机械手的发展及应用 前言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生提供耐用消费 品的产业。 机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的要 标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生 产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。 现代工业 中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加
2、工、 装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序接起来，不仅费时而 且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严 重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。 机械手的应用很好的解决了这 一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。 1. 机械手的组成 1.1 执行机构 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互 关系如下图： （1） 手部 手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转 动、伸屈手腕，开闭手指。 机械手手部的机构系模仿人的手指， 分为无关节， 固定关节和自由关节三种。 手指的数量又可
3、以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹 持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。 （2） 手臂 手臂有无关节和有关节手臂之分 本课所做的机械手的手臂采用无关节臂 手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械 手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。 总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构 主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进 马达等。 躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 1.2 驱动机构 驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中
4、以液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。 液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达 加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿 轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、 运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力 源，系统复杂成本较高。 气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6 个大气 压，个别的达到 8-10 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺 点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能 用于点位控
5、制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。 电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速 器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动 机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。 电气 驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一 形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。 机械驱动只用于固定 的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度 高，成本低；缺点是不易调整。 1.3 控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动
6、作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加 以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。 随着科学技术的发展， 机械手也越来越多的地被应用。 2. 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义： 2.1 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器装 配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生 产机械化和自动化的步伐。 2.2 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的。 而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业， 大大地改善了工人的劳动 条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操
