用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為工業(yè)機械手。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學(xué)科——機械手工程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計。
用于再現(xiàn)人手的的功能的技術(shù)裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為工業(yè)機械手。
工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術(shù)發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學(xué)科——機械手工程。機械手涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電器液壓技術(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)。
工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè),在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。
機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識:其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸;其三、它能操作必要的機具進(jìn)行焊接和裝配,從而大大的改善了工人的勞動條件,顯著的提高了勞動生產(chǎn)率,加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而,受到很多國家的重視,投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合,應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展,并且取得一定的效果,受到機械工業(yè)的重視。
機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器,他有多個自由度,可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。
機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單,專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作,適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”,簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序,適應(yīng)性較強,所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。
現(xiàn)代工業(yè)機械手起源于20世紀(jì)50年代初,是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式、能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更,具有多自由度動作功能的柔性自動化產(chǎn)品。
機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。他的結(jié)構(gòu)是:機體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機構(gòu),控制系統(tǒng)是示教型的。
1962年,美國機械鑄造公司在上述方案的基礎(chǔ)之上又試制成一臺數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉(zhuǎn)、俯仰,用液壓驅(qū)動;控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標(biāo)式通用機械手就是在這個基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司(Unimaton),專門生產(chǎn)工業(yè)機械手。
1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手,原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn),臂可以回轉(zhuǎn)、升降、伸縮、采用液壓驅(qū)動,控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初,但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎(chǔ)。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vic-arm型工業(yè)機械手,裝有小型電子計算機進(jìn)行控制,用于裝配作業(yè),定位誤差可小于±1毫米。
美國還十分注意提高機械手的可靠性,改進(jìn)結(jié)構(gòu),降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺,進(jìn)行各種性能的試驗。準(zhǔn)備把故障前平均時間(注:故障前平均時間是指一臺設(shè)備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間),由400小時提高到1500小時,精度可提高到±0.1毫米。
德國機器制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機械手,主要用于起重運輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產(chǎn)一種點焊機械手,采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制。
瑞士RETAB公司生產(chǎn)一種涂漆機械手,采用示教方法編制程序。
瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)二種典型機械手后,大力研究機械手的研究。據(jù)報道,1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個。1976年個大學(xué)和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產(chǎn)值達(dá)443億日元,產(chǎn)量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半,達(dá)222億日元,是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產(chǎn)值約為67億日元,比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元,為1978年的6倍。截止1979年,機械手累計產(chǎn)量達(dá)56900臺。在數(shù)量上已占世界首位,約占70%,并以每年50%~60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè),其次是電機、電器。預(yù)計到1990年將有55萬機器人在工作。
第二代機械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計算機控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器,把感覺到的信息反饋,使機械手具有感覺機能。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺和視覺機械手。
第三代機械手(機械人)則能獨立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。
隨著工業(yè)機器手(機械人)研究制造和應(yīng)用的擴大,國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍,歐美各國和其他國家學(xué)術(shù)交流活動開展很多。