孔盛杰 賴鑫盧 龐豪杰

【摘 要】隨著21世紀(jì)機(jī)械自動(dòng)化社會(huì)的發(fā)展，機(jī)器人慢慢地進(jìn)入了人們的生活來代替人們完成一部分不是很復(fù)雜而又重復(fù)的工作，我們的社會(huì)正在逐漸向“機(jī)器代人” [1]的時(shí)代靠攏。因?yàn)闄C(jī)器人在日常生活中能否得到廣泛應(yīng)用這個(gè)話題受到了越來越多的人的關(guān)注，更有很多科學(xué)家企業(yè)家將目標(biāo)聚焦到這里一點(diǎn)，但事實(shí)上機(jī)器人，尤其是工業(yè)方向的機(jī)器人，不僅整體規(guī)模龐大，而且制作并不方便，無法充分滿足當(dāng)代人的需求，故機(jī)器人的發(fā)明和制造逐漸成為了當(dāng)今的熱點(diǎn)話題。機(jī)械手是有機(jī)械或電子元件控制的一種具有抓取和移動(dòng)物體功能的裝置，它是一種新型的裝置，并且已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手；小型；機(jī)器代人

國外對(duì)機(jī)械手的研究相對(duì)國內(nèi)比較早，機(jī)械手是從美國引出的，1958年，美國與一家公司合作一起研發(fā)出第一臺(tái)機(jī)械手，于是，美國著重在靈活度方面對(duì)機(jī)械手進(jìn)行改進(jìn)，取得了一定的成就。反觀我國的技術(shù)水平和程序的開發(fā)和國外的發(fā)展相比較而言還存在一定的距離，而機(jī)械手的研究創(chuàng)新會(huì)直接影響到我國自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高，也會(huì)影響現(xiàn)代智能制造的發(fā)展水平，這點(diǎn)的必要性在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)成就方面都體現(xiàn)得淋漓盡致。

通過查閱資料，我發(fā)現(xiàn)大部分的機(jī)械手都存在著一個(gè)通病：成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制起來麻煩，大多數(shù)都是專用的。因此，以操作簡(jiǎn)單，成本低為準(zhǔn)則，研究出一款通用性高的、柔軟的、手爪能因物體的大小而變形的機(jī)械手是有必要的，此類機(jī)械手適用于工作在小型零部件的自動(dòng)化生產(chǎn)線上[2]。優(yōu)化機(jī)械手的制造過程，可以降低勞動(dòng)力的成本，減少人力，提高效率，從而獲得更高的效益。再者說機(jī)械手是一種跟人手相似的，可以代替人手的一種物體，而且能夠通過提前設(shè)定好的程序進(jìn)行夾起物體、傳遞物體的自動(dòng)機(jī)器[3]。機(jī)械手能夠代替著人們來做一些反反復(fù)復(fù)的、低難度的工作，可以讓人們從工業(yè)革命時(shí)代的那種流水線般的工作流程中解脫出來，這種動(dòng)作單一的工作很容易讓人感覺到疲憊，疲憊了就會(huì)使出錯(cuò)率變高，但通過程序控制的機(jī)械手就可以代替人們來執(zhí)行這種工作，既不容易出錯(cuò)又能高效率的完成所規(guī)定的任務(wù)，它的主要優(yōu)點(diǎn)就在于在工作環(huán)境中能夠一直做著同樣的動(dòng)作而且不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)能開拓它的應(yīng)用領(lǐng)域和工作要求的精確度，就比如說一些環(huán)境很惡劣的、會(huì)有危險(xiǎn)性存在的情況下就完全可以使用機(jī)械手來代替人手進(jìn)行工作。

一、小型機(jī)械手的研究?jī)r(jià)值

就我國機(jī)械手的現(xiàn)狀而言，我國對(duì)于機(jī)械手的研究是比較晚的，落后與歐美國家有30年，我國第一臺(tái)機(jī)械手是1972年在上海研究成功的，在此以后全國各地就開始卷入研發(fā)機(jī)械手的熱潮。其實(shí)機(jī)械手就中國而言是很重要卻又不重要的，中國的人口在世界上是最多的，由于人口多的原因有時(shí)會(huì)機(jī)械手做的事大多都是由人來完成，完成那些簡(jiǎn)單而又重復(fù)的工作，但是中國若想稱為世界強(qiáng)國就必須要用最少的資源去完成更多的事情，各個(gè)企業(yè)應(yīng)盡可能的采用先進(jìn)的技術(shù)來高效的生產(chǎn)產(chǎn)品，從而提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，這時(shí)候機(jī)械手就顯得十分必要了，機(jī)械手可以幫助企業(yè)把這些人力資源從生產(chǎn)中解放出來[4]，而且人的工作效率，準(zhǔn)確程度等肯定是比不上機(jī)器的，機(jī)器可以提高效率和保證準(zhǔn)確率，從長(zhǎng)期考慮的話，機(jī)械手的生產(chǎn)投入肯定是比人工生產(chǎn)更為經(jīng)濟(jì)，雖然這樣可能會(huì)引起一波失業(yè)潮，但是創(chuàng)造就業(yè)的機(jī)會(huì)也會(huì)因此而增加，并且對(duì)社會(huì)產(chǎn)生的利益也是巨大的，我相信在不久的將來，機(jī)械手會(huì)廣泛的投入到企業(yè)中應(yīng)用。機(jī)械手主要有以下幾點(diǎn)明顯的優(yōu)勢(shì)：1.可以使加工環(huán)境得到改善2.可以提高在生產(chǎn)線上的自動(dòng)化程度3.可以解放人力，使生產(chǎn)線更加流暢。

二、小型機(jī)械手的主要研究?jī)?nèi)容

生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化和機(jī)械化已成為現(xiàn)代工業(yè)的主題。在機(jī)械生產(chǎn)中，加工、裝配等生產(chǎn)是一步一步完成的。專用機(jī)床是用來大批量生產(chǎn)的，這樣能提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機(jī)床、加工中心等機(jī)床是用來各式各樣的小批量生產(chǎn)的。但是車間中的切削加工僅僅只是一部分，但是大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配還是不夠自動(dòng)化，還是需要很多人力來進(jìn)行工作，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。查詢有關(guān)資料得，在美國生產(chǎn)的各種零件中，大約有七成的是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件在機(jī)床上真正的加工的時(shí)間僅僅只有零件生產(chǎn)時(shí)間的5%左右。這個(gè)數(shù)據(jù)表明，裝卸、搬運(yùn)這些工序真的需要朝著機(jī)械自動(dòng)化的方向發(fā)展，小型機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化所研究的。小型機(jī)械手可以簡(jiǎn)單的在空間中抓取物體，動(dòng)作簡(jiǎn)單好操控，機(jī)械手爪又可以因?yàn)槲矬w不同的大小尺寸而發(fā)生變形，從而提高預(yù)緊力，適用于很多品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，可以應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線上。

三、小型機(jī)械手的主要研究步驟

首先，應(yīng)該對(duì)國內(nèi)外的機(jī)械手發(fā)展進(jìn)行調(diào)查研究，有個(gè)大致的了解，整理出一個(gè)大致的框架，有一定的設(shè)計(jì)思路。然后借鑒于其他機(jī)械手的比較從而確定傳動(dòng)類型和驅(qū)動(dòng)模式，驅(qū)動(dòng)部分采用步進(jìn)電機(jī)用電路板來控制。通過手爪的材料對(duì)比確定能做到抓取大多數(shù)小型部件的變形手爪，在完成材料購買后，確定手爪的大小等參數(shù)，畫出手爪的三維圖紙，通過它的運(yùn)動(dòng)方式分析其可行性及抓取力度，最后經(jīng)過調(diào)試完成作品。

機(jī)械手的抓取模式，抓取力度，和操作方法是機(jī)械手的關(guān)鍵技術(shù)所在。機(jī)械手抓取物體時(shí)，調(diào)整機(jī)械手掌心的位置，使被抓取物控制在機(jī)械手所抓取的范圍之內(nèi)，之后通過控制電路板上的按鍵來控制機(jī)械手的張緊，閉合，復(fù)位，停止操作。因?yàn)槲覀兯芯康氖侨嵝詸C(jī)械手，柔性夠大可能會(huì)造成剛性不足，所以機(jī)械手的抓取速度并沒有氣動(dòng)的那么快，一個(gè)抓緊閉合的操作過程大概在7至8s。這樣的運(yùn)動(dòng)速度，也符合人類手掌的速度，能夠滿足仿生機(jī)械手的要求。用機(jī)械手抓取物體，首先靠近并接觸物體，然后抓緊物體，最后再抓起物體。機(jī)械手控制方案設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和單片機(jī)程序控制兩個(gè)方面。

在國內(nèi)外機(jī)械產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用得比較廣泛，發(fā)展也比較迅速。目前主要用于各種機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可以根據(jù)人編制好的程序去完成一些相對(duì)應(yīng)的操作，但是這個(gè)機(jī)械手還是不夠智能化，不能根據(jù)環(huán)境進(jìn)行智能的控制，不能自動(dòng)的進(jìn)行傳感，所以應(yīng)付外界的變化還是比較困難。如果機(jī)械手編制的程序一旦出現(xiàn)點(diǎn)小錯(cuò)誤，位置發(fā)生了偏離后，不及時(shí)的停止操作可能就會(huì)使零件的不準(zhǔn)確或機(jī)械手遭受破壞。因此，研發(fā)智能型的機(jī)械手是十分必要的，使其具備一定的傳感能力，能夠通過傳感感受到外界條件的變化，隨之做出一定的措施。如位置發(fā)生不明顯的偏移時(shí)，即能夠及時(shí)更正錯(cuò)誤，并進(jìn)行自檢，重點(diǎn)是研究視覺和觸覺功能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭洪武.淺談現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國西部科技，2012（10）.

[2]吳明清.自動(dòng)上下料機(jī)械手手爪的三維設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2012（3）.

[3]劉濤.基于S7-200 PLC的三維機(jī)械手控制設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng)，2011（9）.

[4]侯博.芯片搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（10）.