常用工业机械手概述

1、一、 概述工业机械手是能够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。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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机技术的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域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，使得机械手能够更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但是它具有能不断重复工作和劳动、不知疲倦、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已收到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用。1、 机械手的组成：驱动系统控制系统工件执行机构机械手主要由执行机构

2、、驱动系统、控制系统及位置检测装置等组成，各部分之间的相互关系如下图1-1所示：位置检测装置图1-11） 执行机构：执行机构由手臂、手腕等直接作用在被操作物品上的一系列机械装置；2） 驱动系统：驱动执行机构运动的动力装置，常用液压、气动、电力和机械四种形式；3） 控制系统：大到带操作系统的大型控制系统，小到单片机内核或PLC控制的单机系统。该系统可以控制动作的顺序、位置、时间、速度和加速度等；4） 传感器检测装置：控制执行机构的运动位置，随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，使执行机构以一定的精度达到设定的位置。二、 简单机械手的运动模型简单

3、机械手运动:机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。机械手通常可实现的基本运动包括：伸缩、旋转、摆动、升降夹紧和松开等，下面是几种常见的简单机械手模型：图2-11、 直角坐标机械手如图2-1所示，由三个相互正交的平移轴组成。手臂可前后伸缩、上下升降和左右横移三个动作。结构简单，定位精度高。2、 圆柱坐标机械手如图2-2所示，有立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成手臂，可前后伸缩、上下升降和绕立柱转动其结构占据空间位置小，活动范围大。图2-23、 球坐标机械手如图2-3所示，由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成手臂可前后伸缩、上下和

4、左右摆动。其结构能以简单的机构得到较大的工作范围。图2-34、 多关节式机械手如图2-4所示，由大小两手臂和立柱等机构组成，可实现三个方向的旋转运动。具有动作灵活、运动惯性小、动作范围大等优点。图2-4三、手部结构手部是机械手直接抓取和握紧物件或夹持专用工具执行作业任务的部件。设计手部时，除满足抓取要求外，手部握力大小需适宜，保证工件能顺利进入或脱开，自身重量轻且有足够的强度和任性，动作迅速灵活准确，适合更换。1、 夹持式机械手夹具的夹持式是最常见的一种方式，按手指夹持工件的部位可分为内卡式(或内涨式)和外夹式两种；按模仿人手手指的动作，手指可分为单支点回转型，双支点回转型和移动型(或称直进型

5、)，其中以双支点回转型为基本型式。四种结构示意图如图3-1所示。图3-12、 吸附式1）真空负压吸盘如图3-2所示，图中反馈了三种形成负压的不同的方法。图3-22）电磁吸盘采用电磁铁通过磁场吸力作用吸取工件。其外形结构有矩形和圆形两种，介于电磁吸盘基本都是运用于行吊系列，不做详细介绍。3、专用工具四、电气控制1、控制框架图4-1现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而

6、且还是一种开放式、新型全分布控制系统。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。图4-1只是现场总线的一种组态方式，实际应用中各种现场总线有各种不同形式的应用。目前主流的工业现场总线有ethercat总线、powerlink总线、cclink总线、profibus总线、Devicenet总线、CAN总线等。2、控制核心部件1） 专业控制

7、器这类控制器主控制器主要由ARM主控板、DSP算法板、FPGA位控板组成，控制轴数（自由度数），具有高速运动控制现场总线接口，可实现连续轨迹示教和在线示教，具备远程监控和诊断功能，还可以根据用户的使用需要进行软件的修改处理。工业PC和嵌入式控制器控制系统从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代DCS(分散控制系统)，现在已经发展到FCS(现场总线控制系统)，这个技术的发展离不开工业控制器的飞速发展。专业控制器的计算速度与处理速度可以达到us级别，在对通过总线采集到的信号处理的时候有先天性的优势，加上计算机软硬件的发展，软PLC的发展更使得现有的计算机网络的很多研究成果能容易的应用到PLC

8、控制技术上去。2） 交流伺服驱动器与伺服电机图4-1 图4-2如图4-1和图4-2所示，现有的伺服系统大多采用优化的电磁设计，电磁噪声低、运行平稳、效率高。低速特性好、过载能力强、高转矩惯量比、快速响应能力强。可监视电机状态，异常状态检测和保护，好多驱动器都支持国际主流总线接口，组态非常方便。配合强大的专业控制器和运动软件包，能灵活控制机械手走出各种曲线路径。3） 机械手传感器图4-3如图4-3所示，机器人传感器可分为两个部分，即内部状态传感器和外部状态传感器。内部传感器有编码器、光栅尺等；外部状态传感器有CCD摄像头，光电、温度传感器，超声波传感器，电阻应变片等能反应机械手运动状态的传感器。当然，机器人制造中的传感器显然要求更高，对传感器的选型要求也就相应升高。五、 总结工业机械手技术是集机械、结构、电气控制、仿真、计算机软硬件等领域的综合性技术，同时，机械手又是一门通用的技术，合理的系统配置又能将机械手运用到各个行业各个领域中。如分捡、焊