数控机床装夹机械手的研制

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1、第一章概述1.1引言机械手：机械手是指有类似人的手臂、手腕和手的部分动作及功能；一般都能按预定程序，自动地、重复循环地进行工作的机械装置。机械手主要由执行机构和驱动机构和控制系统组成。机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；机械手的手部主要用来抓取物件或者工具。机械手实现预定的运动主要是通过摆动、移动或复合运动来实现的，而这些主要是根据物体的尺寸、外形、重量、材质和工作要求来设定的，从而实现使被抓持物件的位置和姿势发生改变。世界上最先开始研制机械手的国家是美国。世界上第一台机械手诞生于1958年，由美国联合控

2、制公司研制生产。它的结构如下：将一个回转的长臂安装在机体上，再将抓放结构安装在端部，这种抓放结构中装有电磁铁。这台机械手采用的是示教型的数控系统。1962年，根据以上方案，美国联合控制公司又研制成功一台机械手，这是一台数控示教再现型机械手。设计者们从坦克炮塔中获得启示，所以它的运动系统与坦克炮塔的运动方式相类似。该机械手的手臂采用的驱动方式为液压驱动，它可以完成回转、俯仰、伸缩等运动形式；它的控制系统中的存储装置采用的是磁鼓。它的出现为许多球坐标通用机械手的研制提供了可借鉴的宝贵依据。同一年该公司和普鲁曼公

3、司合并，建立了万能自动公司,专门致力于工业机械手的研发、生产和销售。1962年，另一家公司美国机械制造公司也成功研制出一种机械手。该机械手的中央立柱采用的驱动方式同样是液压驱动。中央立柱可以旋转、伸缩。该机械手也是一款采用示教再现型控制系统的机械手。六十年代初，这两种机械手的研制成功为国外工业机械手发展提供了宝贵的经验。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制出Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1毫米。德国机械手发展相

4、对较早，从1970年开始，工业机械手开始应用于德国机械制造业，这些机械手主要被用来进行设备的上下料、工件的起重运输、工件的焊接等危险、耗力的生产作业的操作。德国KnKa公司还研制出了一种结构为关节式结构，控制方式为程序控制的点焊机械手。日本的工业机械手是世界上发展较早，发展最快的，而且日本在工业机械手领域的应用也是最多的。自1969年从美国引进两种基本机械手后，日本大力发展机械手的研制和应用。如今日本机械手技术已经走在世界先进行列。31前苏联从20世纪60年代开始进行于机械手的研发和应用，到1977年底，前

5、苏联在用的机械手中有一半是国产，另外一半主要依靠进口。但是自动化程度低，主要用于危险、繁重行业，从而使得人们免受危害。我国是世界上机械发展最早的国家之一，但到了近代，由于各种原因我国的工业机械手的发展停滞不前，远远落后于世界发达国家。新中国成立后，尤其是近30年，我国机械手行业发展迅速，但是由于起步较晚，西方技术封锁等原因，我国机械手技术落后于欧美各国，且我国的机械手较多应用于汽车行业，我国自主研制的机械手多为低端的机械手，技术较为落后，但是如今我国的机械手的发展迅速，正在大步追赶其他先进国家，某些方面甚至

6、已经达到世界先进水平。目前机械手大部分为第一代机械手，他们主要由人工进行操作、控制;大多采用开环控制的控制方式，缺乏自主识别能力，提高精度和降低成本是主要的发展方向。第二代机械手的研制正在加速进行中。微型电子计算机控制系统被装备在它们身上，这使得它们具有视觉、触觉，甚至听想的能力。科学家正在实验将各种传感器安装在它们身上，传感器能够把感觉到的信息传输到计算机控制系统，从而使机械手具有感觉机能，完成设定的动作。第三代机械手的特点在于能独立完成工作过程中的任务。它们与电子计算机保持紧密的联系，依靠计算机自主完成

7、设定的任务，并逐步发展成为柔性制造系统和柔性制造单元中的重要一部分。随着人们对工业机械手的不断研究和完善，机械手的发展越来越迅速，各个国家之间学术性的交流越来越频繁和深入，机械手的功能越来越强大。1.2一些软件在机械手设计中的应用1.2.1CAD技术的应用计算机辅助设计（CAD）技术的应用和发展使得人们的社会生产产生了巨大的变革和发展，因此人们将CAD技术的应用称做20世纪最杰出的发明之一。在本次课题研究中，CAD的应用也起了很大的作用。计算机辅助设计技术的应用使得机械设计产生了巨大的变革。它使得计算机在机

8、械设计的过程中起到了十分重要的辅助性质的作用。计算机辅助设计技术使得设计师们在设计的过程中，不需要再进行大量的繁重的体力和脑力劳动，从而使得设计师们的在工作效率得到的显著的提升。计算机辅助设计技术的优点主要在以下几个方面体现出来:①CAD技术使用计算机进行绘图，因此在绘图速度方面显著快于传统的手工绘图；②采用计算机绘图使得在修改图纸上的错误时更加的方便和快捷（在这一方面，传统的手工绘图是无法相比较的）;③31一般