取放工件機械手的設(shè)計【CAD】,CAD,取放工件機械手的設(shè)計【CAD】,放工,機械手,設(shè)計 黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 工 學(xué)院 機 械 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 08 級 機電二 班 學(xué)號 學(xué)生 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 本次設(shè)計的機械手主要用途是用于夾取和放置砂布輪基體。該砂布輪基體夾取部位為Φ15的孔，基體厚度為1mm。 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設(shè)計技術(shù)要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁）。 一．主要內(nèi)容： 1.分析課題條件要求，查閱文獻，擬定總體設(shè)計方案； 2.設(shè)計機械手機構(gòu)和氣動回路； 3.編寫設(shè)計說明書，翻譯外文，編寫文獻綜述。 二．要求： 1. 設(shè)計機械手機構(gòu)和氣動回路； 2. 編寫設(shè)計說明書，設(shè)計說明書不少于6000字； 3. 查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字。 三．主要參考資料： 《機械設(shè)計手冊》 化學(xué)工業(yè)出版社 《機械設(shè)計》 西北工業(yè)大學(xué)出版社 《現(xiàn)代機床電器》 機械工業(yè)出版社 四、時間安排： 1-4 周 完成開題報告、文獻翻譯、文獻綜述及總體方案設(shè)計 5-10 周 完成機構(gòu)設(shè)計、完成氣路圖并撰寫說明書 10-12 周 修改論文、資格審查等 13 周 畢業(yè)答辯 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日 計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 5 月 19 日 專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告表 課題名稱 取放工件機械手的設(shè)計 課題來源 教師擬訂 課題類型 AY 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號 一、調(diào)研資料的準備 根據(jù)任務(wù)書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)，液壓與氣壓傳動，CAD軟件制圖，機械設(shè)計手冊等相關(guān)教材。 二、設(shè)計的目的與要求 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)教學(xué)中最后一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該設(shè)計過程，可以檢驗我們在大學(xué)期間所學(xué)的知識，同時培養(yǎng)我們處理工程中實際問題的能力，因此意義特別重大。 取放工件機械手通過氣壓傳動回路控制普通氣缸的伸縮、擺動氣缸的旋轉(zhuǎn)以及氣囊的縮漲（氣囊的縮漲間接地驅(qū)動抓手的張開或收縮，從而使其夾緊或松開工件），從而完成整個機械手取放工件的動作過程。 三、設(shè)計的思路與預(yù)期成果 1、設(shè)計思路 1) 首先：根據(jù)本次設(shè)計相關(guān)要求查找資料，做好準備。 2) 其次：依據(jù)要實現(xiàn)的功能要求計算并選擇或設(shè)計合適的氣缸、氣囊，畫出裝配圖，再進而畫出部分零件圖。 3) 最后：畫出氣壓傳動回路圖。 2、預(yù)期的成果 （1）完成文獻綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字。 （2）完成內(nèi)容與字數(shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計說明書一份。 （3）繪制裝配圖，部分零件圖，氣動回路圖。 （4）刻錄包含本次設(shè)計的所有內(nèi)容的光盤一張。 四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排 1周—— 2周 收集設(shè)計資料并完成開題報告 3周—— 4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述 5周—— 6周 進行總體設(shè)計和部分零部件的選擇與設(shè)計 7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫畢業(yè)設(shè)計說明書 11周 修改整理，準備答辯 五、完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素 具備機械手設(shè)計、氣壓與液壓傳動等的相關(guān)知識，能有效借助圖書館的相關(guān)文獻資料，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源，查閱機械設(shè)計手冊、組合機床設(shè)計手冊、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊并且具有良好的計算機繪圖（CAD）操作能力。 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 2012-2-22 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設(shè)計（藝術(shù)設(shè)計）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報告 （2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(文獻綜述) 第 5 頁 氣動機械手 摘要 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展帶動了整個機械工業(yè)的快速發(fā)展。現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。然而在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序接起來，不僅費時而且效率不高。同時人的勞動強度非常大，有時還會出現(xiàn)失誤及傷害。顯然，這嚴重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。機械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況，它不存在重復(fù)的偶然失誤，也能有效的避免了人身事故。 隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及氣動技術(shù)自身的一些優(yōu)點，氣動機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。 本文就氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景作了簡單概述。 關(guān)鍵詞：氣動技術(shù)，氣動機械手，應(yīng)用與發(fā)展 前言 近20年來，氣動技術(shù)的運用領(lǐng)域快速拓寬，特別是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 1.一般機械手的組成 1.1 執(zhí)行機構(gòu) 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。其組成及相互關(guān)系如下圖： （1） 手部 手部安裝在手臂的前端。手臂的內(nèi)孔裝有轉(zhuǎn)動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開閉手指。 機械手手部的機構(gòu)系模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)，固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作需要。 （2） 手臂 手臂有無關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課所做的機械手的手臂采用無關(guān)節(jié)臂 手臂的作用是引導(dǎo)手指準確的抓住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。 總括機械手的運動離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此，它采用的執(zhí)行機構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電液脈沖馬達、伺服油馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。 軀干是安裝手臂、動力源和執(zhí)行機構(gòu)的支架。 1.2 驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電氣驅(qū)動和機械驅(qū)動。其中以液壓氣動用的最多，占90%以上，電動、機械驅(qū)動用的較少。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大、運動平緩，可無級變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達、氣閥等。一般采用4-6 個大氣壓，個別的達到 8-10 個大氣壓。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。 電氣驅(qū)動采用的不多?，F(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動機作為動力，用大減速比減速器來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)；直線運動則用電動機帶動絲杠螺母機構(gòu)；有的采用直線電動機。通用機械手則考慮用步進電機、直流或交流的伺服電機、變速箱等。 電氣驅(qū)動的優(yōu)點是動力源簡單，維護，使用方便。驅(qū)動機構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用統(tǒng)一形式的動力，出力比較大；缺點是控制響應(yīng)速度比較慢。 機械驅(qū)動只用于固定的場合。一般用凸輪連桿機構(gòu)實現(xiàn)規(guī)定的動作。它的優(yōu)點是動作確實可靠，速度高，成本低；缺點是不易調(diào)整。 1.3 控制系統(tǒng) 機械手控制系統(tǒng)的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間和加速度等。 控制系統(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設(shè)計采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應(yīng)用。 2.氣動機械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)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(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)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(tǒng)中的一個基本單元。 國外機械手在機械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)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(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外機械手的發(fā)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(yīng)的變更。如位置發(fā)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(jīng)取得一定成績。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為9:1，而30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達20%以上，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 3.氣動機械手的發(fā)展要求 氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。在氣動機械手的發(fā)展研究中有幾個主要的方向和要求。 3.1重復(fù)精度要求 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。 3.2模塊化設(shè)計要求 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設(shè)備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。 3.3無油化工作要求 為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。 3.4機電氣一體化要求 由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應(yīng)手。 4.氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀 氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”’。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。 現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。 在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標位置。對加速度限制十分嚴格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。 氣動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝；用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。 此外，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣動自動調(diào)節(jié)病床，Robodoc機器人，da?Vinci外科手術(shù)機器人等。 運用中存在的問題： 1.氣動機械手以壓縮空氣為動力，其工作速度的穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)剛度也不強，響應(yīng)速度也受影響； 2.氣動機械手因為空氣的可壓縮性，定位精度較難保證，難以準確控制； 3.氣動元件在工作過程中的噪音較大，并且難以消除； 4.氣動機械手的效率不高； 5.其他氣動元件常見問題。 結(jié)束語 氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室，氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上日本、美國和歐盟氣動技術(shù)、氣動機械手方面最為領(lǐng)先。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚，但隨著投入力度和研發(fā)力度的加大，我國自主研制的許多氣動機械手已經(jīng)在汽車等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提高及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。由于氣動機械手有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等諸多獨特的優(yōu)點，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。 參考文獻 1.徐炳輝．氣動手冊[M] ．上?？茖W(xué)技術(shù)出版社．2005. 2.明仁雄等．液壓與氣動傳動 [M] ．國防工業(yè)出版社．2003. 3.黃純穎、于曉紅、唐進元等編著．機械創(chuàng)新設(shè)計[M] ．北京：高等教育出版社．2006.51 ~238. 4.陸鑫盛、周洪．氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[M] ．上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社．1999. 5.孫恒、陳作模、葛文杰．機械原理[M] ．北京：高等教育出版社．2006.5~21. 陶湘廳、袁銳波、羅景氣．動機械手的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[OL] ．中國傳動網(wǎng)．2008. 6.吳宗澤．機械零件設(shè)計手冊 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通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)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(shè)計復(fù)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。可編程序控制器PLC控制的上下料機械手控制系統(tǒng)動作簡便、線路設(shè)計合理、具有較強的抗干擾能力, 保證了系統(tǒng)運行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 一、 工業(yè)機械手的概述 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設(shè)在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國本土塑料加工廠也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及為工人交工傷費帶來的挑戰(zhàn)。 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，特別是改革開發(fā)以后，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操作釬焊、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業(yè)自化，已愈來愈引起我們重視。 機械手是模仿著人手的部分動作，按給定的程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。 在現(xiàn)實生活中，你是否會發(fā)現(xiàn)這樣一個問題。在機械工廠里，加工零件裝料的時候是不是很煩的，勞動生產(chǎn)率不高，生產(chǎn)成本大，有時候還會發(fā)生一些人為事故，導(dǎo)致加工者受傷。想想看用什么可以來代替呢，加工的時候只要有幾個人巡視一下，且可以二十四個小時飽和運作，人行嗎？回答是肯定的，但是機械手可以來代替它。 生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率;可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其是在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中能夠代替人進行正常的工作。想到這里我就很想設(shè)計一個機械手，來用于生產(chǎn)實際中。 為什么選著設(shè)計機械手用氣動來提供動力：氣動機械手是指以壓縮空氣為動力源驅(qū)動的機械手。用氣壓驅(qū)動與其他能源驅(qū)動比較有以下優(yōu)點：1.空氣取之不竭，用過之后排入大氣，不需要回收和處理，不污染環(huán)境。（環(huán)保的概念）2.空氣的沾性很小，管路中壓力損失也很?。ㄒ话銡饴纷枇p失不到油路的千分之一），便于遠距離輸送。3.壓縮空氣的工作壓力較低(一般為4～8公斤/每平方厘米)，因此對動元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。4.與液壓傳動相比，它的動作和反應(yīng)都快，這是氣動突出的優(yōu)點之一。5.空氣介質(zhì)清潔，亦不會變質(zhì)，管路不易堵塞。但是也有它美中不足的地方：1.由于空氣的可壓縮性，致使氣動工作的穩(wěn)定性差，因而造成執(zhí)行機構(gòu)運動速度和定為精度不易控制。2.由于使用氣壓較低，輸出力不可能太大，為了增加輸出力，必然使整個氣動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸加大。 用氣壓驅(qū)動與用其他能源驅(qū)動比較有以下優(yōu)點： 空氣取之不竭，用過之后排入大氣，不需回收和處理，不污染環(huán)境。偶然的或少量的泄漏不致對生產(chǎn)發(fā)生嚴重的影響。 空氣的粘性很小，管路中壓力損失也就很小，便于遠距離輸送。 壓縮空氣的工作壓力較低，因此對氣動元件的材質(zhì)和制造精度要求可以降低。一般說來，往復(fù)運動推力在1~2噸以下采用氣動經(jīng)濟性較好。 與液壓傳動相比，它的動作和反應(yīng)都快，這是氣動的突出優(yōu)點之一。 空氣介質(zhì)清潔，亦不會變質(zhì)，管路不易堵塞。 它可安全地應(yīng)用在易燃、易爆和粉塵大的場合。又便于實現(xiàn)過載自動保護. 二﹑機械手的組成 機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 1. 執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。 2. 傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。 3. 控制系統(tǒng) 機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作．動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。 三﹑ 機械手的分類和特點 機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 主要特點： (1) 機械手（上下料機械手、裝配機械手、搬運機械手、堆垛機械手、助力機械手、真空搬運機、 真空吸吊機、省力吊具、氣動平衡器等）。 (2) 懸臂起重機（懸臂吊、電動環(huán)鏈葫蘆吊、氣動平衡吊等） (3) 導(dǎo)軌式搬運系統(tǒng)（懸掛軌道、輕型軌道、單梁起重機、雙梁起重機） (4) 工業(yè)機械手的應(yīng)用 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。 機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，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(yīng)用，例如： (1) 機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。 (2) 在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。 (3) 可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 (4) 可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。 (5) 宇宙及海洋的開發(fā)。 (6) 軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。 助力機械手:又稱平衡器、平衡吊、省力吊具、手動移載機等，是一種無重力化手動承載系統(tǒng)，一種新穎的、用于物料搬運時省力化操作的助力設(shè)備,屬于一種非標設(shè)計的系列化產(chǎn)品。針對客戶應(yīng)用需求，量身定制的個案創(chuàng)作。 一種模擬人手操作的自動機械，它可按固定程序抓取﹑搬運物件或操持工具完成某些特定操作。應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)﹑重復(fù)或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全。20世紀40年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性材料，人在安全室操縱機械手進行各種操作和實驗。50年代以后，機械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫﹑污染嚴重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床﹑自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機械手主要由手部機構(gòu)和運動機構(gòu)組成。手部機構(gòu)隨使用場合和操作對象而不同，常見的有夾持﹑托持和吸附等類型。運動機構(gòu)一般由液壓﹑氣動﹑電氣裝置驅(qū)動。機械手可獨立地實現(xiàn)伸縮﹑旋轉(zhuǎn)和昇降等運動，一般有2～3個自由度。機械手廣泛用于機械製造﹑冶金﹑輕工和原子能等部門。 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。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 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(chǎn)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。 機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)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(chǎn)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(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行業(yè)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(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設(shè)計是非常有意義的。 外文資料原文：? Manipulator From《Manufacturing Engineering and Technology—Machining》 Robot developed in recent decades as high-tech automated production equipment.Industrial robot is an important branch of industrial robots. It features can be programmed to perform tasks in a variety of expectations, in both structure and performance advantages of their own people and machines, in particular, reflects the people's intelligence and adaptability. The accuracy of robot operations and a variety of environments the ability to complete the work in the field of national economy and there are broad prospects for development. With the development of industrial automation, there has been CNC machining center, it is in reducing labor intensity, while greatly improved labor productivity. However, the upper and lower common in CNC machining processes material, usually still use manual or traditional relay-controlled semi-automatic device. The former time-consuming and labor intensive, inefficient; the latter due to design complexity, require more relays, wiring complexity, vulnerability to body vibration interference, while the existence of poor reliability, fault more maintenance problems and other issues. Programmable Logic Controller PLC-controlled robot control system for materials up and down movement is simple, circuit design is reasonable, with a strong anti-jamming capability, ensuring the system's reliability, reduced maintenance rate, and improve work efficiency. Robot technology related to mechanics, mechanics, electrical hydraulic technology, automatic control technology, sensor technology and computer technology and other fields of science, is a cross-disciplinary integrated technology. First, an overview of industrial manipulator Robot is a kind of positioning control can be automated and can be re-programmed to change in multi-functional machine, which has multiple degrees of freedom can be used to carry an object in order to complete the work in different environments. Low wages in China, plastic products industry, although still a labor-intensive, mechanical hand use has become increasingly popular. Electronics and automotive industries that Europe and the United States multinational companies very early in their factories in China, the introduction of automated production. But now the changes are those found in industrial-intensive South China, East China's coastal areas, local plastic processing plants have also emerged in mechanical watches began to become increasingly interested in, because they have to face a high turnover rate of workers, as well as for the workers to pay work-related injuries fee challenges. With the rapid development of China's industrial production, especially the reform and opening up after the rapid increase in the degree of automation to achieve the workpiece handling, steering, transmission or operation of brazing, spray gun, wrenches and other tools for processing and assembly operations since, which has more and more attracted our attention. Robot is to imitate the manual part of the action, according to a given program, track and requirements for automatic capture, handling or operation of the automatic mechanical devices. In real life, you will find this a problem. In the machine shop, the processing of parts loading time is not annoying, and labor productivity is not high, the cost of production major, and sometimes man-made incidents will occur, resulting in processing were injured. Think about what could replace it with the processing time of a tour as long as there are a few people, and can operate 24 hours saturated human right? The answer is yes, but the robot can come to replace it. Production of mechanical hand can increase the automation level of production and labor productivity; can reduce labor intensity, ensuring product quality, to achieve safe production; particularly in the high-temperature, high pressure, low temperature, low pressure, dust, explosive, toxic and radioactive gases such as poor environment can replace the normal working people. Here I would like to think of designing a robot to be used in actual production. Why would a robot designed to provide a pneumatic power: pneumatic robot refers to the compressed air as power source-driven robot. With pressure-driven and other energy-driven comparison have the following advantages: 1. Air inexhaustible, used later discharged into the atmosphere, does not require recycling and disposal, do not pollute the environment. (Concept of environmental protection) 2. Air stick is small, the pipeline pressure loss is small (typically less than asphalt gas path pressure drop of one-thousandth), to facilitate long-distance transport. 3. Compressed air of the working pressure is low (usually 4 to 8 kg / per square centimeter), and therefore moving the material components and manufacturing accuracy requirements can be lowered. 4. With the hydraulic transmission, compared to its faster action and reaction, which is one of the advantages pneumatic outstanding. 5. The air cleaner media, it will not degenerate, not easy to plug the pipeline. But there are also places where it fly in the ointment: 1. As the compressibility of air, resulting in poor aerodynamic stability of the work, resulting in the implementing agencies as the precision of the velocity and not easily controlled. 2. As the use of low atmospheric pressure, the output power can not be too large; in order to increase the output power is bound to the structure of the entire pneumatic system size increased. With pneumatic drive and compare with other energy sources drive has the following advantages: Air inexhaustible, used later discharged into the atmosphere, without recycling and disposal, do not pollute the environment. Accidental or a small amount of leakage would not be a serious impact on production. Viscosity of air is small, the pipeline pressure loss also is very small, easy long-distance transport. The lower working pressure of compressed air, pneumatic components and therefore the material and manufacturing accuracy requirements can be lowered. In general, reciprocating thrust in 1 to 2 tons pneumatic economy is better. Compared with the hydraulic transmission, and its faster action and reaction, which is one of the outstanding merits of pneumatic. Clean air medium, it will not degenerate, not easy to plug the pipeline. It can be safely used in flammable, explosive and the dust big occasions. Also easy to realize automatic overload protection. Second, the composition, mechanical hand Robot in the form of a variety of forms, some relatively simple, some more complicated, but the basic form is the same as the composition of the Usually by the implementing agencies, transmission systems, control systems and auxiliary devices composed. 1. Implementing agencies Manipulator executing agency by the hands, wrists, arms, pillars. Hands are crawling institutions, is used to clamp and release the workpiece, and similar to human fingers, to complete the staffing of similar actions. Wrist and fingers and the arm connecting the components can be up and down, left, and rotary movement. A simple mechanical hand can not wrist. Pillars used to support the arm can also be made mobile as needed. 2. Transmission The actuator to be achieved by the transmission system. Sub-transmission system commonly used manipulator mechanical transmission, hydraulic transmission, pneumatic and electric power transmission and other drive several forms. 3. Control System Manipulator control system's main role is to control the robot according to certain procedures, direction, position, speed of action, a simple mechanical hand is generally not set up a dedicated control system, using only trip switches, relays, control valves and circuits can be achieved dynamic drive system control, so that implementing agencies according to the requirements of action. Action will have to use complex programmable robot controller, the micro-computer control. Three, mechanical hand classification and characteristics Robots are generally divided into three categories: the first is the general machinery does not require manual hand. It is an independent not affiliated with a particular host device. It can be programmed according to the needs of the task to complete the operation of the provisions. It is characterized with ordinary mechanical performance, also has general machinery, memory, intelligence ternary machinery. The second category is the need to manually do it, called the operation of aircraft. It originated in the atom, military industry, first through the operation of machines to complete a particular job, and later developed to operate using radio signals to carry out detecting machines such as the Moon. Used in industrial manipulator also fall into this category. The third category is dedicated manipulator, the main subsidiary of the automatic machines or automatic lines, to solve the machine up and down the workpiece material and delivery. This mechanical hand in foreign countries known as the "Mechanical Hand", which is the host of services, from the host-driven; exception of a few outside the working procedures are generally fixed, and therefore special. Main features: First, mechanical hand (the upper and lower material robot, assembly robot, handling robot, stacking robot, help robot, vacuum handling machines, vacuum suction crane, labor-saving spreader, pneumatic balancer, etc.). Second, cantilever cranes (cantilever crane, electric chain hoist crane, air balance the hanging, etc.) Third, rail-type transport system (hanging rail, light rail, single girder cranes, double-beam crane) Fourth, industrial machinery, application of hand Manipulator in the mechanization and automation of the production process developed a new type of device. In recent years, as electronic technology, especially computer extensive use of robot development and production of high-tech 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. Although the robot is not as flexible as staff, but it has to the continuous duplication of work and labor, I do not know fatigue, not afraid of danger, the power snatch weight characteristics when compared with manual large, therefore, mechanical hand has been of great importance to many sectors, and increasingly has been applied widely, for example: (1) Machining the workpiece loading and unloading, especially in the automatic lathe, combination machine tool use is more common. (2) In the assembly operations are widely used in the electronics industry, it can be used to assemble printed circuit boards, in the machinery industry It can be used to assemble parts and components. (3) The working conditions may be poor, monotonous, repetitive easy to sub-fatigue working environment to replace human labor. (4) May be in dangerous situations, such as military goods handling, dangerous goods and hazardous materials removal and so on. (5) Universe and ocean development. (6), military engineering and biomedical research and testing. ?Help mechanical hands: also known as the balancer, balance suspended, labor-saving spreader, manual Transfer machine is a kind of weightlessness of manual load system, a novel, time-saving technology for material handling operations booster equipment, belonging to kinds of non-standard design of series products. Customer application needs, creating customized cases. Manual operation of a simulation of the automatic machinery, it can be a fixed program draws ﹑ handling objects or perform household tools to accomplish certain specific actions. Application of robot can replace the people engaged in monotonous ﹑ repetitive or heavy manual labor, the mechanization and automation of production, instead of people in hazardous environments manual operation, improving working conditions and ensure personal safety. The late 20th century, 40, the United States atomic energy experiments, the first use of radioactive material handling robot, human robot in a safe room to manipulate various operations and experimentation. 50 years later, manipulator and gradually extended to industrial production sector, for the temperatures, polluted areas, and loading and unloading to take place the work piece material, but also as an auxiliary device in automatic machine tools, machine tools, automatic production lines and processing center applications, the completion of the upper and lower material, or From the library take place knife knife and so on according to fixed procedures for the replacement operation. Robot body mainly by the hand and sports institutions. Agencies with the use of hands and operation of objects of different occasions, often there are clamping ﹑ support and adsorption type of care. Movement organs are generally hydraulic pneumatic ﹑electrical device drivers. Manipulator can be achieved independently retractable ﹑ rotation and lifting movements, generally 2 to 3 degrees of freedom. Robots are widely used in metallurgical industry, machinery manufacture, light industry and atomic energy sectors. Can mimic some of the staff and arm motor function, a fixed procedure for the capture, handling objects or operating tools, automatic operation device. It can replace human labor in order to achieve the production of heavy mechanization and automation that can operate in hazardous environments to protect the personal safety, which is widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and nuclear power sectors. Mechanical hand tools or other equipment commonly used for additional devices, such as the automatic machines or automatic production line handling and transmission of the workpiece, the replacement of cutting tools in machining centers, etc. generally do not have a separate control device. Some operating devices require direct manipulation by humans; such as the atomic energy sector performs household hazardous materials used in the master-slave manipulator is also often referred to as mechanical hand. Manipulator mainly by hand and sports institutions. Task of hand is holding the workpiece (or tool) components, according to grasping objects by shape, size, weight, material and operational requirements of a variety of structural forms, such as clamp type, type and adsorption-based care such as holding. Sports organizations, so that the completion of a variety of hand rotation (swing), mobile or compound movements to achieve the required action, to change the location of objects by grasping and posture. 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 high-tech 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