机械手文献综述

第一篇：机械手文献综述

燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）文献综述

课题名称： 顺序动作机械手 学院（系）： 机械工程学院 年级专业： 机电控制 学生姓名： 杨忠合 指导教师： 郑晓军 完成日期： 2014.03.25

一、课题国内外现状

目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械 手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

二、研究主要成果

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

搬运机械手仿真设计和制作，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的进退运动，并利用ADAMS 软件对搬运机械手进行建模，对其进行运动学及动力学仿真，检查机械手在运动工作过程中的正确性和准确性，同时获得各部件机械手结构设计及其受力情况是否合理，为机械手设计提供参考。并在此基础上成功研制出物理样机，通过仿真设计提高了设计质量并缩短了设计周期。

采摘机械手虚拟设计与仿真系统的研究，在产品虚拟设计与仿真系统的开发中，为了实现智能设计，虚拟设计与企业产品设计的协同性、同一性和可重用性，实体建模属性的统一规范和标准定义十分必要。第一，首次提出和制定了可以用于虚拟产品建模与仿真的命名规则标准，为虚拟机械产品的设计提供参考。第二，构建水果采摘机械手虚拟设计与仿真系统的体系结构，建立了机械手机构设计模块，它包括机构的参数化设计和知识重用；第三，构建了机械手设计知识库和三维仿真模块；第四，已知机械手视觉获取目标的三维坐标，用软件实现反求机械手运动及其算法，并实现虚拟环境下的机械手对目标定位和采摘的三维仿真；第五，开发了水果采摘机械手虚拟设计与仿真系统。最后，通过三维仿真和实验样机对关键技术进行了验证。

工业机器人机械手设计，在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。工业机器人多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置。机器人是一种具有人体上肢的部分功能工作程序固定的自动化装置。机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。

假肢用机械手的机构设计与运动学分析，一般而言,人们所称的“手”有两种意义,一是指整个的上肢,二是腕部到指尖的部分,也就是所谓的手部。人类的单只手臂以机械学的形式分析,可以用大约27 个自由度的连杆机构来表示。但其中大约20 个自由度集中在手部[1 ]。文中着重于假肢的手部设计。在假肢的手部应用方面,目前主流的应用是一种具有手形状的假手,市场上销售的假手大都已经具有一个自由度,可以利用拇指、食指、中指进行三指的抓取动作,自由度位于手指的根部,手指本身并没有关节。文中所设计的假手也有三个手指,除指根部的关节外,拇指另有一个关节,其余二指有两个关节,而且假手的腕部有2 个自由度,可以完成腕部的屈伸和回转。

水下机器人-机械手系统构建与研究，近年来, 随着海洋资源开发和海洋科学研究需求的不断提高, 人们对水下机器人的作业能力提出了挑战, 如进行定点取样、水下结构的建造与维护、管线铺设、援潜救生以及军事应用等。水下机器人2机械手系统(U nderw aterV eh i2cle2M anipulato r System , UVM S)是配备机械手的水下机器人系统, 是水下作业系统的一个重要分支, 对其的科学和军事、民用应用研究逐渐受到重视。受水下机器人发展的影响, 早期的UVM S 研究主要集中于遥控水下机器人(ROV)与搭载的液压机械手系统之间的研究, 随着自主水下机器人技术的成熟, 研究热点转移至自治水下机器人2机械手系统的研究上。如斯坦福大学开展的自治水下机器人(A utonomous U nderw ater V eh icles, AUV)与单关节机械 手的协调控制研究[1 ] , 日本开展的水下电动机械手与Tw in2Burger AUV 之间的控制技术研究[2 ] , 另有部分单位对半自主作业型AUV 展开研究, 如夏威夷大学启动的SAUV IM [3 ](Sem i2A utonomousU nderw aterV eh icle fo r In2tervent ionM issions)项目, 韩国海洋系统发展中心开展的半自主作业型水下机器人计划, 法国Cyber2net ix 公司进行的轻作业型AUV 开发, 美国Woods Ho le 海洋学研究所着手研制的半自主作业型11 000 m 混合型遥控水下机器人[4 ] , 均对半自主水下机器人系统进行载体和机械手的开发设计。

三、发展趋势：

目前工业机械手的应用逐步扩大，技术性能在不断提高。由于发展时间较短，人们对它有一个逐步认识的过程，机械手在技术上还有一个逐步完善的过程，其目前的发展趋势是：

(一)扩大机械手在热加工行业上的应用，国内机械手应用在机械工业冷加工作业中的较多，而在铸、锻、焊、热处理等 热加工以及装配作业等方面的应用较少。因热加工作业的物件重、形状复杂、环境温度高等，给机械手的设计、制造带来不少困难，这就需要解决技术上的难点，使机械手更 好地为热加工作业服务。同时，在其它行业和工业部门，也将随着工业技术水平的不断提高，而逐步扩大机械手的使用。

(二)提高工业机械手的工作性能

机械手工作性能的优劣，决定着它能否正常地应用于生产中。机械手工作性能中的重复定位精度和工作速度两个指标，是决定机械手能否保质保量地完成操作任务的关键因素。因此要解决好机械手的工作平稳性和快速性的要求，除了从解决缓冲定位措施入手外，还应发展满足机械手性能要求价廉的电液伺服阀，将伺服控制系统应用于机械手上。(三)发展组合式机械手

从机械手本身的特点来说，可变程序的机械手更适应产品改型、设备更新，多品种 小批量的要求，但是它的成本高，专用机械手价廉，但适用范围又受到限制。因此，对一些特殊用途的场合，就需要专门设计、专门加工，这样就提高了产品成本。为了适应 应用领域分门别类的要求，可将机械手的结构设计成可以组合的型式。组合式机械手是将一些通用部件(如手臂伸缩部件，升降部件、回转部件和腕部回转、俯仰部份等>根据作 业的要求S选择必要的能完成预定机能的单元部件，以机座为基础进行组合，配上与其业的要求S选择必要的能完成预定机能的单元部件，以机座为基础进行组合，配上与其相适应的控制部分，即成为能完成特殊要求的机械手。它可以简化结构，兼顾了使用上的专用性和设计上的通用性，便于标准化、系列化设计和组织专业化生产，有利于提高机械手的质量和降低造价，是一种有发展前途的机械手。

(四)研制具有“视觉’’和“触觉”的所谓“智能机器人”

对于需用人工进行灵巧操作及需要进行判断的工作场合，工业机械手很难代替人的劳动。如在工作过程中出现事故、障碍和情况变化等，机械手不能自动分辨纠正，而只能停机，待人们排除意外事故后才能继续工作。因此，人们对机械手提出了更高的要求，希望使其具有“视觉”、“触觉”等功能，使之对物件进行判断、选择，能连续调节以适应变化的条件，并能进行协调动作。这就需要一个能处理大量信息的计算机，要求人与机器“对话”进行信息交流。这种带“视觉"、“触觉”反馈的，由计算机控制的，具有人的部分“智能”的机械装置称为“智能机器人”。所谓“智能”，是包括。识别、学习、记忆、分析判断的功能。

四、存在问题

(一)应具有足够的握力(HP夹紧力)在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。(二)手指间应具有一定的开闭角

两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开。若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。对于移动型手指只有开闭幅度的要求。(三)应保证工件准确定位

为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应状。例如圆柱形工件采用带“V”形面的手指，以便自动定心。(四)应具有足够的强度和刚度

手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强度和刚度以防折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，但出尽重傥玷嗣间早紫暌，目重轻，并使手部的重心在手腕的回转轴线上，使手指开闭角示意图手腕的扭转力矩最小为佳。

(五)应考虑被抓取对象的要求

1．抓取形状手指形状应根据工件形状而设计。如工件为圆柱形，则采用“V”形手指，圆球状工件用圆弧形三指手指方料用平面形手指；细丝工件用尖指勾形或细齿钳爪手指。总之应根据工件形状来选定手指形状。2．抓取部位抓取部位的尺寸尽可能是不变的，若加工后尺寸有变化，手指应能适应尺寸变化的要求，否则不允许定为抓取部位。对于工件表面质量要求高的，抓取时尽 量避开高质量表面或在手指上加软质垫片(如橡皮、泡沫塑料、石棉衬垫等)以防夹持时损坏工件。

3．抓取数量若用一对手指抓取多个工件，为了不发生个别工件的松动或脱落现 象，在手指上可增加弹性衬垫，如橡皮、泡沫塑料等。

(六)应考虑手指的多用性

手指是专用性较强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸的要求，可制成组合式的手指。对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换简便。

五、主要参考文献

［1］王建军.搬运机械手仿真设计和制作，2012-9.［2］李明.单臂回转式机械手设计，2004-9.［3］程明.弹簧式机械手设计原理，2005-12.［4］张军.多工步搬运机械手设计，2000-4.［5］黄贤新.工业机器人机械手设计，2013-3.［6］吴志敏，熊锐.工业机械手运动学仿真，2009-1.［7］蔡卫国.关节型搬运机械手设计，2008-11.［8］张海英，陈子珍，翟志永.基于PLC的物料搬运机械手设计，2010-5.［9］李明，栗全庆.基于PLC的液压搬运机械手设计，2009-8.［10］张慧鹏，刘小琴，贾毅朝.基于PLC控制的工业机械手设计，2009-8.[11] 李湘伟，卿艳梅，梁荣.基于PLC控制的教学型五自由度气动机械手的设计，2008-1.[12] 王宏，姬彦巧，赵长宽.基于肌肉电信号控制的假肢用机械手的设计，2006-9.[13] 姬彦巧，王宏，赵长宽.假肢用机械手的机构设计与运动学分析，2006-6.[14] 张奇峰，唐元贵，张爱群.水下机器人_机械手系统构建与研究，2007-3.[15] 杨永清，郭虹，纪玉杰.液压摆动机机械手设计，2008-1.[16] De Xu,Carlos A.Acosta Calderon,John Q.Gan.An Analysis of the Inverse Kinematics for a 5-DOF Manipulator.[17] FENG Fei,LIU Hong,CAI Hegao.Design Schemes and Comparison Research of the End-effector of Large Space Manipulator,2012.[18] GUAN Liwen,WANG Jinsong,WANG Liping.Dynamic Feedforward Control of a Novel 3-DOF Parallel Manipulator,2011.[19] ZHU Xiaorong,SHEN Huiping.Optimal design lf the link lengths for a planar parallel manipulator,2012-12.[20] GE Hao,GAO Feng.Type Design for Heavy-payload Forging Manipulators,2012.指导教师审阅签字：

年 月 日

说明：

1.文献综述版面设置为：B5纸，上下页边距分别为2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm。

2.文献综述正文标题及内容，宋体，小四号，行间距为固定值20磅。3.本科毕业设计（论文）文献综述一般不少于1000字。

4.查阅文献资料篇数，按《燕山大学关于本科生毕业设计（论文）工作的规定》执行。

5.以上结构格式为参考格式。6.页面不够可加页。

第二篇：关于现代工业机械手外文文献翻译@中英文翻译@外文翻译

附录

About Modenr Industrial Manipulayor Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on.With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being.The practicality use of robot not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program.Modern industrial robots are true marvels of engineering.A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of 0.006inches.Furthermore these robots can do that 24hours a day for years on end with no failures whatsoever.Though they are reprogrammable, in many applications they are programmed once and then repeat that exact same task for years.At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use.To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development.With he rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly;with the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal.Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal.The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for plastic producing with automation and high productivity.Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding.With the analysis of the problems in the design of the plastic

holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware.In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system.The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement.In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion.Worm gear can give vary transmission ratio.Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure.The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever.The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system.In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality.On this basis, the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given.The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system.Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism.The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism.These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective.The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effecter and making it appropriate only for limited-precision tasks.Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations.Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques.In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes.The corresponding problems are solved since the robot arm comes out.The arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified.It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched.And it is widely used on soft automatic line.The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment.So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency.The robot arm is an important component of industrial robot, and it can be called industrial robots on many occasions.Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment.Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs.There are such mechanical components as ball footbridge, slides, air control mechanical hand and so on in the design.A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensors, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection.Robot is the automated production of a kind used in the process of crawling and moving piece features automatic device, which is mechanized and automated production process developed a new type of device.In recent years, as electronic technology, especially computer extensive use of robot development and production of hightech fields has become a rapidly developed a new technology, which further promoted the development of robot, allowing robot to better achieved with the combination of mechanization and automation.Robot can replace humans completed the risk of duplication of boring work, to reduce human labor intensity and improve labor productivity.Manipulator has been applied more and more widely, in the machinery industry, it can be used for parts assembly, work piece handling, loading and unloading, particularly in the automation of CNC machine tools, modular machine tools more commonly used.At present, the robot has developed into a FMS flexible manufacturing systems and flexible manufacturing cell in an important component of the FMC.The machine tool equipment and machinery in hand together constitute a flexible manufacturing system or a flexible manufacturing cell, it was adapted to small and medium volume production, you can save a huge amount of the work piece conveyor device, compact, and adaptable.When the work piece changes, flexible production system is very easy to change will help enterprises to continuously update the marketable variety, improve product quality, and better adapt to market competition.At present, China's industrial robot technology and its engineering application level and comparable to foreign countries there is a certain distance, application and industrialization of the size of the low level of robot research and development of a direct impact on raising the level of automation in China, from the economy, technical considerations are very necessary.Therefore, the study of mechanical hand design is very meaningful.关于现代工业机械手

机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济技术的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机器人产品。现代工业机器人是人类真正的奇迹工程。一个像人那么大的机器人可以轻松地抬起超过一百磅并可以在误差0.006英寸内重复运动。更重要的是这些机器人可以每天24小时不停止地工作。在许多应用中他们是通过编程控制的，但是他们一旦编程一次，他们可以重复地做同一个工作许多年。机器人产品的实用化，既解决了许多单靠人力难以解决的实际问题，又促进了工业自动化的进程。

目前，由于机器人的研制和开发涉及多方面的技术，系统结构复杂，开发和研制的成本普遍较高，在某种程度上限制了该项技术的广泛应用，因此，研制经济型、实用化、高可靠性机器人系统具有广泛的社会现实意义和经济价值。由于我国经济建设和城市化的快速发展，城市污染排水放量增长很快，污水处理已经摆在了人们的议事日程上来。随着科学技术的发展和人类知识水平的提高，人们越来越认识到污水处理的重要性和迫切性，科学家和研究人员发现塑料制品在水中时用于污水处理的很有效地污泥菌群的附着体。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生产的自动化和高效率要求成为经济发展的必然。本文结合塑料一次挤出成型机和塑料抓取机械手的研制过程中出现的问题，综述近几年机器人技术研究和发展的状况，在从分发挥机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对物料抓取机械手整体机械结构、传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计，提出了一套经济型设计方案。采用直角坐标和关节坐标相结合的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性。传动装置的作用是将驱动元件的动力传递给机器人机械手相应的执行机构，以实现各种必要的运动，传动方式上采用结构紧凑、传动比答得蜗轮蜗杆传动和将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动。机械手驱动系统的设计往往受到作业环境条件的限制，同时也要考虑价格因素的影响以及能够达到的技术水平。由于步进电机能都直接接收数字量，响应速度快而且工作可靠并无累计误差，常用作数字控制系统驱动机构的动力元件，因此，在驱动装置中采用由步进电机构成的环控制方式，这种方式技能满足控制精度的要求，又能达到经济型、实用化目的。

目前的工业机械臂控制将每一个机械臂的联合看做一个简单的联合伺服。伺服方法不能从分地模仿不同的动力学机械手，因为它忽略了机械手整体的运动和配置。这些控制系统的参数的变化有时是足够重要，以至于使常规的反馈控制方法失效。其结果是减少了伺服相应的速度和阻尼，限制了京都和最终效应的速度，使系统仅适用于有限精度的工作。机械手以这种方式控制速度降低而没有不必要的震动。任何在这一领域和其它领域的机械臂性能增益要求更有效率的动态模型、精密的控制方法、专门的计算机架构和并行处理技术。

在工业生产和其它领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体化的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展, 出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时, 大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序, 通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低;后者因设计复杂, 需较多继电器,接线繁杂, 易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势......机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

第三篇：机械手毕业设计文献综述汇总

吉林化工学院

文 献 综 述

300X200X120°物料机械手的设计

300X200X120° Material mechanical arm design

性 质: 毕业设计 □毕业论文

教 学 院：

系

别： 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职

称： 起止日期：

机电工程学院 机械电子工程系 11410209 吉国光 机自1102 王集思 实验师 2015.3.1～2015.3.28

吉 林 化 工 学 院

Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院本科毕业设计文献综述

摘要：在工业生产中，为了提高劳动生产率和自动化程度，工业机械手被广泛应用。工业机械手可以用于机床间传送工件；各类有自动夹紧、进刀、退刀和松开的功能半自动车床，上下料操作；还可以用于对人体有害的工作环境。它具有对环境适应性强、持久耐劳、动作准确、通用性好、灵活性好等优点。而工业机械手技术的高低更是一个国家工业发展水平的标志。工业机械手的设计能较鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等而形成的一种新的综合集成技术。工业机械手的设计更是对所学知识的综合运用。

本设计对程控通用机械手进行了较为详细的设计计算。分手部、手腕、手臂、液压驱动系统和电器控制系统五部分，每部分都对各部分的结构进行了较为详细的设计计算，根据要求及相关标准进行了部件材料和器件的选择。

关键词: 机械手；手部；手腕；手臂

引言：

在当前的物料搬运设备中，可分为对大型物件和对小型物件。这两者的搬运设备选择主要针对搬运设备能提起的重量。对于小型物件而言，又可分为不易损坏和易损坏两个类型。在之前的生产搬运过程中，传统的搬运设备往往不能满足易损坏物品的要求。因为易损坏的物品对搬运设备的力度、精度、轨迹有着严格的控制，所以企业往往采用人工搬运的方式。人工搬运虽然可以满足易损坏物件的安全，但是这种搬运方式往往效率低，费用高。这阻碍企业实现自动化和提高自身竞争力。但随着20世纪50年代一种类似于人手的机械手的兴起，给这种易损坏物品在搬运方式上带来全新的改变。机械手的灵活多变，精确度高深受企业的喜爱。机械手现在应用领域正在不断扩大，在海洋开发和宇宙探测有着十分出彩的变现。应该说，机械手正改变着传统的搬运方式。机械手是近年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，其中物料抓取机械手就是较为典型的一种机械手。要让机器人像人一样抓取东西，最简单的基本条件是要有一套类似手指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构—执行机构。在物流快递搬运过程中，由于货物尺寸变化较大，需要机械手能够适应不同物体的抓取需要，调整机械手的抓取运动幅度，基于此本文设计了一种多自由度机械手，满足不同货物的抓取需要。

吉林化工学院本科毕业设计文献综述

与存放物料的仓库管理方式相适应。物料搬运机械手能实现的功能应有：①在本系统中给机械手提供四个自由度的选择，可根据实际物料情况选择自由度；②利用传感器扫描物料，获得物料的基本特征（形状、尺寸、重量、材料等）；③提供物料是否在加工包装确定；④提供物料信息库查询和搬运物料方式信息库查询；⑤提供二维码生成服务，即给扫描后的物料根据其特征由物料搬运方式信息库生成相应信息的二维码； ⑥提供机械手执行机构抓取物件的选择（夹持型、托持型、吸附型）；⑦提供机械手驱动方式的选择（根据精度和重量选择液压、气压、电气、机械驱动）；⑧提供机械手控制方式工作顺序和运动速度的选择；⑨提供机械手控制方式选择（点位控制和连续轨迹控制）。物料搬运机械手各部分的说明如下：

2.1 执行部分

执行部分主要由手部、手臂、躯干组成。其中在手部中，手指的关节由电机带动轴转动。在手指处装有传感器当检测到三个手指都已经夹持住物件，电机停止转动。执行部分能实现的动作应包括水平伸出、夹持物件、竖直上升、竖直下降、顺向转动、逆向转动、松开物件等动作[3]。

2.2 驱动部分

机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。在选择的过程中，更根据物件的特点选择相应的驱动方式。重量大、抓取速度快的东西采用液压、体积大、坚固的东西采用气压、精度高的东西选择电气驱动、动作要求可靠，成本低的东西选用机械驱动[4]。

2.3 控制系统

控制系统是物料搬运机械手的核心部分。本系统主要可根据机械手本身的装置（传感器、光电增码器、旋转编码器、伺服电机）选择机械手的工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度、点位或连续控制。其中运动速度和定位精度是搬运过程中的重要参数。运动速度过低，无法保证机械手的运动时间和运动范围。运动速度过高，无法保证机械手搬运物料的平稳性。定位精度过低，无法保证物料搬运位置的准确性。定位精度过高，会使搬运的成本提高，降低企业的利润[5]。

吉林化工学院本科毕业设计文献综述

采集模块、物料再处理模块、物料搬运装置模块、搬运装置自检测模块。模块化可以使得装置的维修更加方便，更加高效。无给油化是为了适应搬运要求更为严格的物料需要而产生的。在日常的搬运过程中，有些物品如药物、纺织等不能接触油液。这使得需要油液润滑的装置做出进一步的改变。如果未来的物料搬运机械手能实现无给油润滑，那么将极大地丰富机械手的应用范围。机电一体化指的是将传统的搬运装置与电气、软件、电子等高新装置结合起来，提高机械手的自动化程度，解放劳动力的重复操作。物料搬运是企业生产环节中的重要一环，提高物料搬运的自动化对提高企业的自身竞争力有重要的影响。在未来，将有更多的物料采用机械手进行搬运。这对于机械行业是个机遇，也是个挑战。

参考文献：

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第四篇：基于PLC的搬运机械手控制系统设计文献综述

文献综述

题

目学生姓名专业班级学

号院（系）指导教师完成时间

工业机械手的应用

自动化200 级 班

电气信息工程学院 2011年 06月 05日

工业机械手的应用 机械手概述

用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，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、它能操作必要的工具进行焊接和装配，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种的中小批量生产中获得广泛的引用。2 机械手的发展史

现代工业机械手起源于20世纪50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。

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。

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67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。

第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。

在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线

一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。

加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手。

3.2 在实现单机自动化方面

各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等。机械手控制方法

机器人控制系统硬件结构要围绕着如何更好地实现机器人的控制功能而设计和选择。以控制器的核心计算机的分布方式来看，机器人控制系统硬件控制结构大体可分为集中控制、主从控制、分级控制等三类。

在核心控制器的选择上可以有多种方案，目前在机电一体化设计中主要有三种：单片机、工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。随着计算机系统的不断发展，也出现了运动控制卡和逻辑控制器等新型控制硬件。

单片机控制机械手能够完成简单的逻辑控制或模拟量控制，可按需要自行配置通信功能，软硬件开发工作量很多，输出带负载能力和抗干扰能力差，可靠性差，环境适应能力差，成本较为低廉。

PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强，成本较为高。

工业控制计算机具备完善的控制功能，软件丰富，执行速度快，软件开发工作量较多，硬件开发工作量较少，执行速度较慢，环境适应力一半，可靠性好，成本较为高。

参考文献

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第五篇：机械手调查报告

关于机械手的调查了解

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的‚VERSTRAN‛和UNIMATION公司推出的‚UNIMATE‛。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。

东莞松山湖长盈精密技术有限公司,是一家生产、销售手机系列连接器、屏蔽件和超精密五金端子及模具的高新技术企业。该公司正在推进的‚无人工厂‛建造体系首期计划投入1000个无人机械手,前期已有100个机械手率先‚上岗‛。该公司常务副总经理任项生介绍,以前人工操作数控机床的产品加工,经常容易出现安全问题,产品质量的稳定性也比较差。‚‘无人工厂’并不是说完全没有人,但会大规模压缩人工数量,甚至可达到90%的水平。‛东莞市经济和信息化局负责人介绍,至今东莞推动传统产业和优势产业‚机器换人‛应用项目达到505个,投资金额达42亿元,可减少企业用工3万余人,企业投资成本有望在两年内收回。事实上,当前劳动力成本上升的情况,决定了东莞等地‚机器换人‛战略实施的必要性。随着珠三角人力成本的迅速上升,企业普遍感到存续压力大,东莞台资企业协会会长翟所领认为,尽管初期工业机器人等基础设施投入较大,但成长性较强的企业有望在几年内收回成本,‚比起人力成本每年增长20%以上的不确定性,还是要划算。‛据深圳众为兴技术股份有限公司市场总监李悦伟说：‚随着一些地区劳动力短缺现象日益严重,机器人的需求将逐渐增加,这也将倒逼机器人科研技术实现更多突破、更多国产化。‛

随着低碳理念的深入人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一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。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。