楊保香　武欣竹　韓斌慧西安航空職業(yè)技術(shù)學院

淺析工業(yè)機械手的發(fā)展趨勢及應(yīng)用

楊保香武欣竹韓斌慧
西安航空職業(yè)技術(shù)學院

本文主要探討了機械手的基本概要，以及機械手在國內(nèi)外的研究動態(tài)，綜述了機械手技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了機械手的發(fā)展趨勢。以期為工業(yè)應(yīng)用提供一定的借鑒。

機械手 發(fā)展趨勢 應(yīng)用

機械手是指能夠按照根據(jù)指定的固定程序或指令要求，自動地完成生產(chǎn)過程中對原材料、工件或者工具等的夾取、傳遞和操作。與機器人最顯著的不同點就是機械手的程序是固定的，不可改變的，只能適應(yīng)一種工作環(huán)境和條件。

1　機械手的發(fā)展現(xiàn)狀

機械手是1913年美國福特汽車公司首先研制成功的。它被用來給機床上下料，形成自動化生產(chǎn)線，使產(chǎn)量顯著提高，取得了良好的經(jīng)濟效益。機械手是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既定任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛運用于自動化生產(chǎn)線中。雖然機械手目前不如人手那樣靈活，但它具最大優(yōu)勢是在機械正常情況下可以重復(fù)的做同一動作永遠也不會覺得累。并能在有害環(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。

2　機械手的發(fā)展趨勢

近幾年來，隨著自動化工業(yè)的不斷發(fā)展，機械手也將隨之壯大起來，在未來幾年里它的發(fā)展趨勢如下：

2.1重復(fù)高精度

精度是指機械手達到指定點的精確程度，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)次數(shù)多，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，如果一個機械手定位不夠精確，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)運行機械手來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，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。

2.2模塊化

模塊化機械手使同一機械手可能應(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，是機械手的一個重要的發(fā)展方向。且采用模塊化結(jié)構(gòu)大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

2.3節(jié)能化

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。

2.4機電一體化

由“可編程控制器—傳感器—液壓元件”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)控制液壓元件，使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；節(jié)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。同時傳感器的作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機械手則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。

2.5虛擬現(xiàn)實和人機交互

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機械手。當代遙控機械手系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機械手的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機械手走出實驗室進入實用化階段。

3　機械手的應(yīng)用

3.1軍事領(lǐng)域

主要讓機械手執(zhí)行一些自動的控制任務(wù)，尤其是一些相對較為危險的任務(wù)，比如，拆除炸彈、掃雷等。還可以代替士兵去完成那些不太復(fù)雜的工程及后勤任務(wù)，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來。

3.2醫(yī)療領(lǐng)域

機械手主要用來輔助護士進行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運送用藥品等。還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術(shù)，例如，眼部手術(shù)、腦部手術(shù)等。

3.3營食、娛樂領(lǐng)域

機器人在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，比如，機械手削面、彈鋼琴等。

總之，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(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。

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西安航空職業(yè)技術(shù)學院2014年度院級課題“3KG級高速桁架機械手及料倉的設(shè)計與分析”的階段性成果。項目編號：14XK-ZL001。

楊保香，1979—，女，山西省應(yīng)縣人，講師，碩士?，F(xiàn)任西安航空職業(yè)技術(shù)學院教師，主要從事數(shù)控技術(shù)專業(yè)課教學及自動化控制系統(tǒng)設(shè)計研究。