多功能六軸機器人機械手臂前景發展分析

摘要：機械手是在上世紀五十年代末期出現，近年來才迅速發展起來的重要自動化裝置，現已成為實現工業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生產的機械化和自動化，能在有害環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三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業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。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，人們為了讓機器人技術向各行各業擴展、應用，于是有了用于社會服務、海洋開發、宇宙空間、地下采礦、軍事作戰、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、網絡技術等的快速發展和它們之間的相互整合，機械手技術得到了飛速發展?，F代控制理論使得機械手控制系統的性能進一步提高。[2]傳感器技術的發展和應用大大的提高了機械手的作業性能和對環境的適應性。網絡通信技術實現了多個機械手的協調工作，也使得機械手由過去的專用設備向標準化設備發展。微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用，使機械手的可靠性有了很大的提高。還有通過諸如模態分析、有限元分析及仿真設計等現代設計方法的運用，某些領域的機械手已經實現了優化設計。如圖1所示。

3、機械手的發展狀況

目前國內機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業生產發展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業條件，在應用專用機械手的同時，相應的發展通用機械手，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，以便更好的發揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現型，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中的一個基本單元。

目前世界高端工業機械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發展趨勢。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的產品系統總重已突破100KG。更重要的是將機械手、柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統的人工操作狀態。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發展。

4、總結

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

（1）工業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、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化：由關節模塊、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）工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化;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.奇異攝動系統的 H ∞控制：基于奇異系統的方法[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。