摘要：機械手是在上世紀五十年代末期出現(xiàn)，近年來才迅速發(fā)展起來的重要自動化裝置，現(xiàn)已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種重要手段。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工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手大的特點，因此，機械手已經受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。

關鍵詞：機械手;自動化裝置;應用

1、機械手臂介紹

機械手是指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，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。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)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。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。

2、機械手的發(fā)展狀況

1954年，被稱為“機器人之父”的美國科學家George Devol 取得了附有重放記憶裝置的第一臺機械手的專利權，該設備能執(zhí)行從一點到另一點的受控運動（即點一點運動），這被認為是“機器人時代”的開始。1970年，機器人學界早期的改革家之一，Victor Schenman在斯坦福大學演示了一種計算機控制的機械手，這就是非常著名的斯坦福機械手。它非常先進，技術很復雜，迄今還被很多研究中心使用。

80年代，人們?yōu)榱俗寵C器人技術向各行各業(yè)擴展、應用，于是有了用于社會服務、海洋開發(fā)、宇宙空間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災搶險等領域的機器人。應用于這些領域的機器人，絕大多數(shù)都是由機械手和與之對應的安裝平臺組成的。[1]

到了上世紀90年代，隨著計算機技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等的快速發(fā)展和它們之間的相互整合，機械手技術得到了飛速發(fā)展?，F(xiàn)代控制理論使得機械手控制系統(tǒng)的性能進一步提高。[2]傳感器技術的發(fā)展和應用大大的提高了機械手的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。網(wǎng)絡通信技術實現(xiàn)了多個機械手的協(xié)調工作，也使得機械手由過去的專用設備向標準化設備發(fā)展。微電子技術的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應用，使機械手的可靠性有了很大的提高。還有通過諸如模態(tài)分析、有限元分析及仿真設計等現(xiàn)代設計方法的運用，某些領域的機械手已經實現(xiàn)了優(yōu)化設計。如圖1所示。

3、機械手的發(fā)展狀況

目前國內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)生產發(fā)展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，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，在應用專用機械手的同時，相應的發(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。

目前世界高端工業(yè)機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)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 ，量產產品達到6軸，負載2KG的產品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。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(tǒng)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(yè)發(fā)展。

4、總結

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：

（1）工業(yè)機械手性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修）。

（2）機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化：由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機械手整機;國外已有模塊化裝配機械手產品問市。

（3）工業(yè)機械手控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構：大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。

參考文獻：

[1] 鐘寧帆，孫敏慧， 鄒云.奇異攝動系統(tǒng)的 H ∞控制：基于奇異系統(tǒng)的方法[J] .控制理論與應用， 2007.

[2] 鄒湘軍，金雙，陳燕，等.基于Modelica的采摘機械手運動控制與建模[J].系統(tǒng)仿真學報，2009.

作者簡介：夏明（1996.05-），山東交通學院本科學生，指導老師：李光。