第一篇：機械手文獻綜述

燕 山 大 學

本科畢業設計（論文）文獻綜述

課題名稱： 順序動作機械手 學院（系）： 機械工程學院 年級專業： 機電控制 學生姓名： 楊忠合 指導教師： 鄭曉軍 完成日期： 2014.03.25

一、課題國內外現狀

目前國內機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業生產發展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統中的一個基本單元。

國外機械手在機械制造行業中應用較多，發展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按照事先指定的作業程序來完成規定的操作。國外機械手的發展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經取得一定成績。目前世界高端工業機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，量新產品達到6軸，負載2KG的產品系統總重已突破100KG。更重要的是將機械 手、柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統的人工操作狀態。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域將會突破傳統的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業發展。

二、研究主要成果

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。

搬運機械手仿真設計和制作，機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的氣缸來實現機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現小車的進退運動，并利用ADAMS 軟件對搬運機械手進行建模，對其進行運動學及動力學仿真，檢查機械手在運動工作過程中的正確性和準確性，同時獲得各部件機械手結構設計及其受力情況是否合理，為機械手設計提供參考。并在此基礎上成功研制出物理樣機，通過仿真設計提高了設計質量并縮短了設計周期。

采摘機械手虛擬設計與仿真系統的研究，在產品虛擬設計與仿真系統的開發中，為了實現智能設計，虛擬設計與企業產品設計的協同性、同一性和可重用性，實體建模屬性的統一規范和標準定義十分必要。第一，首次提出和制定了可以用于虛擬產品建模與仿真的命名規則標準，為虛擬機械產品的設計提供參考。第二，構建水果采摘機械手虛擬設計與仿真系統的體系結構，建立了機械手機構設計模塊，它包括機構的參數化設計和知識重用；第三，構建了機械手設計知識庫和三維仿真模塊；第四，已知機械手視覺獲取目標的三維坐標，用軟件實現反求機械手運動及其算法，并實現虛擬環境下的機械手對目標定位和采摘的三維仿真；第五，開發了水果采摘機械手虛擬設計與仿真系統。最后，通過三維仿真和實驗樣機對關鍵技術進行了驗證。

工業機器人機械手設計，在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的專用機床是大批量生產自動化的有效辦法；程控機床、數控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現機械化。機器人的出現并得到應用，為這些作業的機械化奠定了良好的基礎。工業機器人多數是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置。機器人是一種具有人體上肢的部分功能工作程序固定的自動化裝置。機器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優勢，但功能較少，適應性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人，而把工業機械人稱為通用機器人。

假肢用機械手的機構設計與運動學分析，一般而言,人們所稱的“手”有兩種意義,一是指整個的上肢,二是腕部到指尖的部分,也就是所謂的手部。人類的單只手臂以機械學的形式分析,可以用大約27 個自由度的連桿機構來表示。但其中大約20 個自由度集中在手部[1 ]。文中著重于假肢的手部設計。在假肢的手部應用方面,目前主流的應用是一種具有手形狀的假手,市場上銷售的假手大都已經具有一個自由度,可以利用拇指、食指、中指進行三指的抓取動作,自由度位于手指的根部,手指本身并沒有關節。文中所設計的假手也有三個手指,除指根部的關節外,拇指另有一個關節,其余二指有兩個關節,而且假手的腕部有2 個自由度,可以完成腕部的屈伸和回轉。

水下機器人-機械手系統構建與研究，近年來, 隨著海洋資源開發和海洋科學研究需求的不斷提高, 人們對水下機器人的作業能力提出了挑戰, 如進行定點取樣、水下結構的建造與維護、管線鋪設、援潛救生以及軍事應用等。水下機器人2機械手系統(U nderw aterV eh i2cle2M anipulato r System , UVM S)是配備機械手的水下機器人系統, 是水下作業系統的一個重要分支, 對其的科學和軍事、民用應用研究逐漸受到重視。受水下機器人發展的影響, 早期的UVM S 研究主要集中于遙控水下機器人(ROV)與搭載的液壓機械手系統之間的研究, 隨著自主水下機器人技術的成熟, 研究熱點轉移至自治水下機器人2機械手系統的研究上。如斯坦福大學開展的自治水下機器人(A utonomous U nderw ater V eh icles, AUV)與單關節機械 手的協調控制研究[1 ] , 日本開展的水下電動機械手與Tw in2Burger AUV 之間的控制技術研究[2 ] , 另有部分單位對半自主作業型AUV 展開研究, 如夏威夷大學啟動的SAUV IM [3 ](Sem i2A utonomousU nderw aterV eh icle fo r In2tervent ionM issions)項目, 韓國海洋系統發展中心開展的半自主作業型水下機器人計劃, 法國Cyber2net ix 公司進行的輕作業型AUV 開發, 美國Woods Ho le 海洋學研究所著手研制的半自主作業型11 000 m 混合型遙控水下機器人[4 ] , 均對半自主水下機器人系統進行載體和機械手的開發設計。

三、發展趨勢：

目前工業機械手的應用逐步擴大，技術性能在不斷提高。由于發展時間較短，人們對它有一個逐步認識的過程，機械手在技術上還有一個逐步完善的過程，其目前的發展趨勢是：

(一)擴大機械手在熱加工行業上的應用，國內機械手應用在機械工業冷加工作業中的較多，而在鑄、鍛、焊、熱處理等 熱加工以及裝配作業等方面的應用較少。因熱加工作業的物件重、形狀復雜、環境溫度高等，給機械手的設計、制造帶來不少困難，這就需要解決技術上的難點，使機械手更 好地為熱加工作業服務。同時，在其它行業和工業部門，也將隨著工業技術水平的不斷提高，而逐步擴大機械手的使用。

(二)提高工業機械手的工作性能

機械手工作性能的優劣，決定著它能否正常地應用于生產中。機械手工作性能中的重復定位精度和工作速度兩個指標，是決定機械手能否保質保量地完成操作任務的關鍵因素。因此要解決好機械手的工作平穩性和快速性的要求，除了從解決緩沖定位措施入手外，還應發展滿足機械手性能要求價廉的電液伺服閥，將伺服控制系統應用于機械手上。(三)發展組合式機械手

從機械手本身的特點來說，可變程序的機械手更適應產品改型、設備更新，多品種 小批量的要求，但是它的成本高，專用機械手價廉，但適用范圍又受到限制。因此，對一些特殊用途的場合，就需要專門設計、專門加工，這樣就提高了產品成本。為了適應 應用領域分門別類的要求，可將機械手的結構設計成可以組合的型式。組合式機械手是將一些通用部件(如手臂伸縮部件，升降部件、回轉部件和腕部回轉、俯仰部份等>根據作 業的要求S選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以機座為基礎進行組合，配上與其業的要求S選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以機座為基礎進行組合，配上與其相適應的控制部分，即成為能完成特殊要求的機械手。它可以簡化結構，兼顧了使用上的專用性和設計上的通用性，便于標準化、系列化設計和組織專業化生產，有利于提高機械手的質量和降低造價，是一種有發展前途的機械手。

(四)研制具有“視覺’’和“觸覺”的所謂“智能機器人”

對于需用人工進行靈巧操作及需要進行判斷的工作場合，工業機械手很難代替人的勞動。如在工作過程中出現事故、障礙和情況變化等，機械手不能自動分辨糾正，而只能停機，待人們排除意外事故后才能繼續工作。因此，人們對機械手提出了更高的要求，希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能，使之對物件進行判斷、選擇，能連續調節以適應變化的條件，并能進行協調動作。這就需要一個能處理大量信息的計算機，要求人與機器“對話”進行信息交流。這種帶“視覺"、“觸覺”反饋的，由計算機控制的，具有人的部分“智能”的機械裝置稱為“智能機器人”。所謂“智能”，是包括。識別、學習、記憶、分析判斷的功能。

四、存在問題

(一)應具有足夠的握力(HP夾緊力)在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產生的慣性力和振動，以保證工件不致產生松動或脫落。(二)手指間應具有一定的開閉角

兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。(三)應保證工件準確定位

為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據被抓取工件的形狀，選擇相應狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動定心。(四)應具有足夠的強度和剛度

手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產生的慣性力和振動的影響，要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，但出盡重儻玷嗣間早紫暌，目重輕，并使手部的重心在手腕的回轉軸線上，使手指開閉角示意圖手腕的扭轉力矩最小為佳。

(五)應考慮被抓取對象的要求

1．抓取形狀手指形狀應根據工件形狀而設計。如工件為圓柱形，則采用“V”形手指，圓球狀工件用圓弧形三指手指方料用平面形手指；細絲工件用尖指勾形或細齒鉗爪手指?？傊畱鶕ぜ螤顏磉x定手指形狀。2．抓取部位抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工后尺寸有變化，手指應能適應尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對于工件表面質量要求高的，抓取時盡 量避開高質量表面或在手指上加軟質墊片(如橡皮、泡沫塑料、石棉襯墊等)以防夾持時損壞工件。

3．抓取數量若用一對手指抓取多個工件，為了不發生個別工件的松動或脫落現 象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫塑料等。

(六)應考慮手指的多用性

手指是專用性較強的部件，為適應小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指。對于這種手指要求結構簡單，安裝維修方便，更換簡便。

五、主要參考文獻

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年 月 日

說明：

1.文獻綜述版面設置為：B5紙，上下頁邊距分別為2.5cm和2cm，左右頁邊距分別為2.4cm和2cm。

2.文獻綜述正文標題及內容，宋體，小四號，行間距為固定值20磅。3.本科畢業設計（論文）文獻綜述一般不少于1000字。

4.查閱文獻資料篇數，按《燕山大學關于本科生畢業設計（論文）工作的規定》執行。

5.以上結構格式為參考格式。6.頁面不夠可加頁。

第二篇：關于現代工業機械手外文文獻翻譯@中英文翻譯@外文翻譯

附錄

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.關于現代工業機械手

機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟技術的發展和各行各業對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發展，出現了各種各樣的機器人產品?，F代工業機器人是人類真正的奇跡工程。一個像人那么大的機器人可以輕松地抬起超過一百磅并可以在誤差0.006英寸內重復運動。更重要的是這些機器人可以每天24小時不停止地工作。在許多應用中他們是通過編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重復地做同一個工作許多年。機器人產品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業自動化的進程。

目前，由于機器人的研制和開發涉及多方面的技術，系統結構復雜，開發和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術的廣泛應用，因此，研制經濟型、實用化、高可靠性機器人系統具有廣泛的社會現實意義和經濟價值。由于我國經濟建設和城市化的快速發展，城市污染排水放量增長很快，污水處理已經擺在了人們的議事日程上來。隨著科學技術的發展和人類知識水平的提高，人們越來越認識到污水處理的重要性和迫切性，科學家和研究人員發現塑料制品在水中時用于污水處理的很有效地污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產的自動化和高效率要求成為經濟發展的必然。本文結合塑料一次擠出成型機和塑料抓取機械手的研制過程中出現的問題，綜述近幾年機器人技術研究和發展的狀況，在從分發揮機、電、軟、硬件各自特點和優勢互補的基礎上，對物料抓取機械手整體機械結構、傳動系統、驅動裝置和控制系統進行了分析和設計，提出了一套經濟型設計方案。采用直角坐標和關節坐標相結合的框架式機械結構形式，這種方式能夠提高系統的穩定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅動元件的動力傳遞給機器人機械手相應的執行機構，以實現各種必要的運動，傳動方式上采用結構緊湊、傳動比答得蝸輪蝸桿傳動和將旋轉運動轉換為直線運動的螺旋傳動。機械手驅動系統的設計往往受到作業環境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達到的技術水平。由于步進電機能都直接接收數字量，響應速度快而且工作可靠并無累計誤差，常用作數字控制系統驅動機構的動力元件，因此，在驅動裝置中采用由步進電機構成的環控制方式，這種方式技能滿足控制精度的要求，又能達到經濟型、實用化目的。

目前的工業機械臂控制將每一個機械臂的聯合看做一個簡單的聯合伺服。伺服方法不能從分地模仿不同的動力學機械手，因為它忽略了機械手整體的運動和配置。這些控制系統的參數的變化有時是足夠重要，以至于使常規的反饋控制方法失效。其結果是減少了伺服相應的速度和阻尼，限制了京都和最終效應的速度，使系統僅適用于有限精度的工作。機械手以這種方式控制速度降低而沒有不必要的震動。任何在這一領域和其它領域的機械臂性能增益要求更有效率的動態模型、精密的控制方法、專門的計算機架構和并行處理技術。

在工業生產和其它領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現場惡劣環境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業機器人。工業機器人集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體化的現代制造業重要的自動化裝備。廣泛采用工業機器人，不僅可以提高產品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。

工業機械手是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。隨著工業自動化的發展, 出現了數控加工中心,它在減輕工人的勞動強度的同時, 大大提高了勞動生產率。但數控加工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統繼電器控制的半自動化裝置。前者費時費工、效率低;后者因設計復雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題?？删幊绦蚩刂破鱌LC控制的上下料機械手控制系統動作簡便、線路設計合理、具有較強的抗干擾能力, 保證了系統運行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

機械手主要由手部和運動機構組成。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......機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力。機械手越來越廣泛的得到了應用，在機械行業中它可用于零部件組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，它適應于中、小批量生產，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產系統很容易改變，有利于企業不斷更新適銷對路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。而目前我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規模和產業化水平低，機械手的研究和開發直接影響到我國自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計是非常有意義的。

第三篇：機械手畢業設計文獻綜述匯總

吉林化工學院

文 獻 綜 述

300X200X120°物料機械手的設計

300X200X120° Material mechanical arm design

性 質: ?畢業設計 □畢業論文

教 學 院：

系

別： 學生學號： 學生姓名： 專業班級： 指導教師： 職

稱： 起止日期：

機電工程學院 機械電子工程系 11410209 吉國光 機自1102 王集思 實驗師 2015.3.1～2015.3.28

吉 林 化 工 學 院

Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工學院本科畢業設計文獻綜述

摘要：在工業生產中，為了提高勞動生產率和自動化程度，工業機械手被廣泛應用。工業機械手可以用于機床間傳送工件；各類有自動夾緊、進刀、退刀和松開的功能半自動車床，上下料操作；還可以用于對人體有害的工作環境。它具有對環境適應性強、持久耐勞、動作準確、通用性好、靈活性好等優點。而工業機械手技術的高低更是一個國家工業發展水平的標志。工業機械手的設計能較鮮明地體現機電一體化的設計構思。所謂機電一體化技術，是機械工程技術吸收微電子技術、信息處理技術、傳感技術等而形成的一種新的綜合集成技術。工業機械手的設計更是對所學知識的綜合運用。

本設計對程控通用機械手進行了較為詳細的設計計算。分手部、手腕、手臂、液壓驅動系統和電器控制系統五部分，每部分都對各部分的結構進行了較為詳細的設計計算，根據要求及相關標準進行了部件材料和器件的選擇。

關鍵詞: 機械手；手部；手腕；手臂

引言：

在當前的物料搬運設備中，可分為對大型物件和對小型物件。這兩者的搬運設備選擇主要針對搬運設備能提起的重量。對于小型物件而言，又可分為不易損壞和易損壞兩個類型。在之前的生產搬運過程中，傳統的搬運設備往往不能滿足易損壞物品的要求。因為易損壞的物品對搬運設備的力度、精度、軌跡有著嚴格的控制，所以企業往往采用人工搬運的方式。人工搬運雖然可以滿足易損壞物件的安全，但是這種搬運方式往往效率低，費用高。這阻礙企業實現自動化和提高自身競爭力。但隨著20世紀50年代一種類似于人手的機械手的興起，給這種易損壞物品在搬運方式上帶來全新的改變。機械手的靈活多變，精確度高深受企業的喜愛。機械手現在應用領域正在不斷擴大，在海洋開發和宇宙探測有著十分出彩的變現。應該說，機械手正改變著傳統的搬運方式。機械手是近年發展起來的一種高科技自動化生產設備，它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，其中物料抓取機械手就是較為典型的一種機械手。要讓機器人像人一樣抓取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似手指、腕、臂、關節等部分組成的抓取和移動機構—執行機構。在物流快遞搬運過程中，由于貨物尺寸變化較大，需要機械手能夠適應不同物體的抓取需要，調整機械手的抓取運動幅度，基于此本文設計了一種多自由度機械手，滿足不同貨物的抓取需要。

吉林化工學院本科畢業設計文獻綜述

與存放物料的倉庫管理方式相適應。物料搬運機械手能實現的功能應有：①在本系統中給機械手提供四個自由度的選擇，可根據實際物料情況選擇自由度；②利用傳感器掃描物料，獲得物料的基本特征（形狀、尺寸、重量、材料等）；③提供物料是否在加工包裝確定；④提供物料信息庫查詢和搬運物料方式信息庫查詢；⑤提供二維碼生成服務，即給掃描后的物料根據其特征由物料搬運方式信息庫生成相應信息的二維碼； ⑥提供機械手執行機構抓取物件的選擇（夾持型、托持型、吸附型）；⑦提供機械手驅動方式的選擇（根據精度和重量選擇液壓、氣壓、電氣、機械驅動）；⑧提供機械手控制方式工作順序和運動速度的選擇；⑨提供機械手控制方式選擇（點位控制和連續軌跡控制）。物料搬運機械手各部分的說明如下：

2.1 執行部分

執行部分主要由手部、手臂、軀干組成。其中在手部中，手指的關節由電機帶動軸轉動。在手指處裝有傳感器當檢測到三個手指都已經夾持住物件，電機停止轉動。執行部分能實現的動作應包括水平伸出、夾持物件、豎直上升、豎直下降、順向轉動、逆向轉動、松開物件等動作[3]。

2.2 驅動部分

機械手常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。在選擇的過程中，更根據物件的特點選擇相應的驅動方式。重量大、抓取速度快的東西采用液壓、體積大、堅固的東西采用氣壓、精度高的東西選擇電氣驅動、動作要求可靠，成本低的東西選用機械驅動[4]。

2.3 控制系統

控制系統是物料搬運機械手的核心部分。本系統主要可根據機械手本身的裝置（傳感器、光電增碼器、旋轉編碼器、伺服電機）選擇機械手的工作順序、到達位置、動作時間、運動速度、加減速度、點位或連續控制。其中運動速度和定位精度是搬運過程中的重要參數。運動速度過低，無法保證機械手的運動時間和運動范圍。運動速度過高，無法保證機械手搬運物料的平穩性。定位精度過低，無法保證物料搬運位置的準確性。定位精度過高，會使搬運的成本提高，降低企業的利潤[5]。

吉林化工學院本科畢業設計文獻綜述

采集模塊、物料再處理模塊、物料搬運裝置模塊、搬運裝置自檢測模塊。模塊化可以使得裝置的維修更加方便，更加高效。無給油化是為了適應搬運要求更為嚴格的物料需要而產生的。在日常的搬運過程中，有些物品如藥物、紡織等不能接觸油液。這使得需要油液潤滑的裝置做出進一步的改變。如果未來的物料搬運機械手能實現無給油潤滑，那么將極大地豐富機械手的應用范圍。機電一體化指的是將傳統的搬運裝置與電氣、軟件、電子等高新裝置結合起來，提高機械手的自動化程度，解放勞動力的重復操作。物料搬運是企業生產環節中的重要一環，提高物料搬運的自動化對提高企業的自身競爭力有重要的影響。在未來，將有更多的物料采用機械手進行搬運。這對于機械行業是個機遇，也是個挑戰。

參考文獻：

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第四篇：基于PLC的搬運機械手控制系統設計文獻綜述

文獻綜述

題

目學生姓名專業班級學

號院（系）指導教師完成時間

工業機械手的應用

自動化200 級 班

電氣信息工程學院 2011年 06月 05日

工業機械手的應用 機械手概述

用于再現人手功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為工業機械手。

工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。

機械手的發展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其

一、它能部分的代替人工操作；其

二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其

三、它能操作必要的工具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發展，并且取得一定的效果，受到機械工業的重視。

機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環境中的工作。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。2 機械手的發展史

現代工業機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化。

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。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。

1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械手。

1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。

1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。

美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。

德國機器制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。

瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。

瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。

日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。

第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。

第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。

隨著工業機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。工業機械手在生產中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。

在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序；機械手加工行業中用于取料、送料；澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工業方面的應用。3.1 建造旋轉零件（轉軸、盤類、環類）自動線

一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環類），大連電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。

加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣蓋加工自動線轉位機械手。

3.2 在實現單機自動化方面

各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現全自動化生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。由于這方面的使用已有成功的經驗，國內一些機床廠已在這類產品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺多工位機床）和天津二注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現全自動化生產。目前機械手在沖床上應用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關廠200t環類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400t沖床的下料機械手等。機械手控制方法

機器人控制系統硬件結構要圍繞著如何更好地實現機器人的控制功能而設計和選擇。以控制器的核心計算機的分布方式來看，機器人控制系統硬件控制結構大體可分為集中控制、主從控制、分級控制等三類。

在核心控制器的選擇上可以有多種方案，目前在機電一體化設計中主要有三種：單片機、工業控制計算機、可編程控制器（PLC）。隨著計算機系統的不斷發展，也出現了運動控制卡和邏輯控制器等新型控制硬件。

單片機控制機械手能夠完成簡單的邏輯控制或模擬量控制，可按需要自行配置通信功能，軟硬件開發工作量很多，輸出帶負載能力和抗干擾能力差，可靠性差，環境適應能力差，成本較為低廉。

PLC控制機械手可按使用要求選購相應的產品完成復雜的邏輯控制，邏輯控制為主，也可以組成模擬量控制系統，軟硬件開發工作量較少，輸出帶負載能力和抗干擾能力強，可靠性好，環境適應能力強，成本較為高。

工業控制計算機具備完善的控制功能，軟件豐富，執行速度快，軟件開發工作量較多，硬件開發工作量較少，執行速度較慢，環境適應力一半，可靠性好，成本較為高。

參考文獻

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第五篇：機械手調查報告

關于機械手的調查了解

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。

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?，F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?。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。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。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術領域內，迅速發展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業發展最快的行業之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產業的高速發展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰;二是海內塑料加工產業的高速發展，對塑料機械的需求旺盛。

東莞松山湖長盈精密技術有限公司,是一家生產、銷售手機系列連接器、屏蔽件和超精密五金端子及模具的高新技術企業。該公司正在推進的?無人工廠?建造體系首期計劃投入1000個無人機械手,前期已有100個機械手率先?上崗?。該公司常務副總經理任項生介紹,以前人工操作數控機床的產品加工,經常容易出現安全問題,產品質量的穩定性也比較差。?‘無人工廠’并不是說完全沒有人,但會大規模壓縮人工數量,甚至可達到90%的水平。?東莞市經濟和信息化局負責人介紹,至今東莞推動傳統產業和優勢產業?機器換人?應用項目達到505個,投資金額達42億元,可減少企業用工3萬余人,企業投資成本有望在兩年內收回。事實上,當前勞動力成本上升的情況,決定了東莞等地?機器換人?戰略實施的必要性。隨著珠三角人力成本的迅速上升,企業普遍感到存續壓力大,東莞臺資企業協會會長翟所領認為,盡管初期工業機器人等基礎設施投入較大,但成長性較強的企業有望在幾年內收回成本,?比起人力成本每年增長20%以上的不確定性,還是要劃算。?據深圳眾為興技術股份有限公司市場總監李悅偉說：?隨著一些地區勞動力短缺現象日益嚴重,機器人的需求將逐漸增加,這也將倒逼機器人科研技術實現更多突破、更多國產化。?

隨著低碳理念的深入人心，機械手的發展也將以無污染、節能為前提，如用一些新型材料可以制造無潤滑元件應用于氣動機械手當中，不僅使系統簡化，且有著穩定的摩擦性能以及較長的壽命。值得重視的是，隨著機電一體化的發展，控制系統將向基于PC 機的開放型控制器的方向發展，并且，隨著傳感器作用的日益加重，由?可編程控制器、傳感器、動作元件?組成的典型的自動化控制系統依然會是主流發展方向，在此系統中，傳統的?開關控制?也將轉變為?反饋控制?，從而進一步提升系統的精度。從1958 年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手，到20 世紀70 年代初期制造業開始引進機械手的使用，再到1972 年我國第一臺機械手的開發以及隨之而來的全國范圍都開始研制和應用機械手，機械手的發展歷經了這短短幾十年，迎來的是制造業的全新面貌。并且機械手依舊在發展，在進步，其應用領域更在向著非制造業和服務業發展，可以預見，機械手一定會繼續蓬勃發展，為其涉及的行業做出更大的貢獻。