1、 1 1 绪论绪论 1.11.1前言前言 用于再现人手的的功能的技术装置称为 1 机 械 手。机械手是模仿着人手的部分动作， 按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用 的机械手被称为 2 工 业 机 械 手。 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系 统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工 程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技 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的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机 器人的
2、一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上 兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中 完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工 操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送 和装卸； 其三、 它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件， 显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国 家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音
3、以及带 有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定 的效果，受到机械工业的 3 重 视。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以 搬运物体以完成在不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够 独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用 机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品 2 种的中小批量生产中获得广泛的引用。 1.2 1.2 工业机械手的简史工业机械手的简史 现代工业机械手起源于 20世纪 50
4、年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应 产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化 4 产 品。 机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他 的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型 的。 2 1962 年， 美国机械铸造公司在上述方案的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 发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门
5、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。该机械手的中央立柱可以回转，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 发展的基础。 1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学、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的可靠性，改进结构，降低成本。如 Unimate 公司建 立了 8 年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备
6、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的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间） ， 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、焊接和设备 的上下料等作业。德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控 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、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型 机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979 年从事机械手的研究工作的大专院 校、 研究单位多达50多个。 1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。 1979 年日本机械手的产值达 443 亿日元，产量为 14535 台。其中固定程序和可变程序 约占一半，达 222 亿日元，是 1978 年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为 67 亿 3 日元，比 1978 年增长 50%。智能机械手约为 17 亿日
