機械手發展迅猛 解讀其歷史、構成及分類

機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現的工業機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

歷史

它是在早期出現的古代機器人基礎上發展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發展，特別是1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。同時，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

構成

機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。

分類

機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。

多關節機械手的優勢

多關節機械手的優點是:動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作.隨著生產的需要，對多關節手臂的靈活性，定位精度及作業空間等提出越來越高的要求。多關節手臂也突破了傳統的概念，其關節數量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于象人的手臂，而根據不同的場合有所變化，多關節手臂的優良性能是單關節機械手所不能比擬的。

油田鉆柱操作機械手

本產品由山東科技大學研發而成，主要用于鉆井時的鉆桿、鉆鋌等的裝、卸工作。操作機械手設計有兩個，一個坐落在一層臺井口旁邊2米左右處，簡稱為下手；一個坐落在二層臺上的中心臺上，簡稱為上手。下手的腰部回轉角度≥120°，最大伸縮距離為5.7米，有5個運動關節，在手臂做伸縮運動時，手部保持水平平動。上手的腰部回轉角度為310°，最大伸縮距離≥2800mm，上手有9個運動關節，手臂做伸縮運動時，手部保持水平平動。機械手采用手動比例閥控制下的液壓控制方式。機械手可以完成的操作對象參數為：①鉆柱高30m；②鉆桿重量為：40Kg/m，總重1200Kg；③鉆鋌（七英寸直徑）重量為：180Kg/m，總重5400Kg。

硬臂式助力機械手

硬臂式助力機械手與氣動平衡吊和軟索式助力機械手一樣都具有全行程“漂浮”功能，區別是在有扭矩產生的情況下無法使用氣動平衡吊或是軟索式助力機械手，而必須選用硬臂式助力機械手。比如在工件重心遠離臂懸掛點，或是工件需要翻轉或傾斜情況下，必須選用硬臂式助力機械手，還有在廠房高度有限情況下，可以選用硬臂式助力機械手。硬臂式助力機械手可以實現提升最大500Kg的工件，半徑最大可以達到3000mm，提升高度最大2500mm。根據起吊工件重量不同，應選擇符合最大工件重量的最小型號的機器，如果我們用最大負載200Kg的機械手來搬運30Kg的工件，那么操作性能肯定不好，感覺很笨重。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。上海永乾制造的助力機械手（含硬臂式、軟索式）還可以在用戶現場氣壓不足的情況下，增加增壓泵，可以使設備運行更加平穩。配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以是地面固定、懸掛固定或是導軌移動。

軟索式機械手

軟索式機械手的功能與氣動平衡吊類似，具有全行程的“漂浮”功能，但是提升位移比氣動平衡吊要小，最大只有3000mm，而且最大負載只有450Kg。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時會報警，提醒操作者。配合各種非標夾具，軟索式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式可以固定地面或懸掛固定使用，不能使用導軌式。

T型助力機械手

區別于硬臂式助力機械手的是T型助力機械手沒有雙關節機械臂，它的前后左右位移靠導軌來實現。由于T型助力機械手沒有機械臂，因而它比硬臂式顯得小巧，更適合于操作空間狹小的場合。T型助力機械手的最大負載要比硬臂式小，只有200Kg，但提升高度可以根據客戶要求設計，而且搬運范圍要比硬臂式大的多。配有儲氣罐，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時會報警，提醒操作者，在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設有安全系統，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。配合各種非標夾具，硬臂式助力機械手可以實現起吊各種形狀的工件。安裝形式為導軌移動。

來源：慧聰塑料網 作者：馮亞楠

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