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第4頁 畢業(yè)設(shè)計文獻綜述 一種基于PLC控制的伺服機械手設(shè)計 摘要：機械手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(chǎn)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(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。本文主要介紹了機械手的發(fā)展史及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，簡述了機械手的控制方法，最后闡述了本設(shè)計的基本思路。 關(guān)鍵詞：機械手；自動控制；PLC技術(shù) 1 機械手的簡史? 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。 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)和柔性制造單元中重要一環(huán)。 2 .國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢? ????機械手是當(dāng)前自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一種較為新穎的技術(shù)，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是工業(yè)機器人的一個重要分支，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中能到用到的重要技術(shù)組成。我國機械手從20世紀(jì)90年代初期開始至今。機械人的迅速發(fā)展、研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它大大促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合，并且在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的效果。利用機械手技術(shù)進行工業(yè)生產(chǎn)，并且通過對PLC技術(shù)的準(zhǔn)確掌控，也能夠大大提高工業(yè)生產(chǎn)效率。機械手按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式。就當(dāng)前應(yīng)用來看，機械手主要采用的是氣動驅(qū)動或者液壓的控制方式進行操作，這種方式具有很大的優(yōu)越性，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且非常便于控制和掌握。它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。 國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能，已經(jīng)取得一定成績。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。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。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看,?工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,?其發(fā)展趨勢主要為結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化,?控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化,?伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化,?多傳感器融合技術(shù)的實用化,?工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化,?以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 3 機械手的分類和組成 機械手的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。 主要有執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。 4 機械手的設(shè)計目的? 機械手設(shè)計是機械制造、機械設(shè)計和機電一體化等專業(yè)的一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課程及有關(guān)專業(yè)課以后的一次專業(yè)課程的綜合設(shè)計。通過設(shè)計提高學(xué)生的機構(gòu)分析與綜合的能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計能力，掌握實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計方法。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)要求可以達到。 5 存在問題 5.1 手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有開閉幅度的要求。 5.2 應(yīng)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)形狀。 5.3應(yīng)考慮被抓取對象的要求 抓取形狀手指應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計。抓取部位的尺寸盡可能是不變的，若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定位抓取部位。抓取數(shù)量若用一對手指抓取多個工件，為了不發(fā)生個別工件的松動或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊。 5.4應(yīng)考慮手指的多用性 手指是專用性較強的部件，為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指。對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，更換簡便。 參考文獻 [1]? 江鵬.?無人車間的發(fā)展趨勢[D].?山西.?山西電子科技大學(xué),?2007.? [2] ?李飛，王方建.?先進制造技術(shù)的研究[D].?天津.?南開大學(xué)濱海學(xué)院,?2003.? [3]? 張建民.?工業(yè)機器人[M].?北京:?北京理工大學(xué)出版社,?1996.?? [4]? 陸鑫盛.?氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[M]?.?上海:?上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,?2000.? [5] 李洪劍.?西方機器人技術(shù)[D].?哈爾濱.?哈爾濱工業(yè)大學(xué),?2008.? [6] ?何存興.?液壓傳動與氣壓傳動[M].?武漢:華中科技大學(xué)出版社,?2000.? [7]? 蔡自興.?機器人學(xué)[M]?.?北京:?清華大學(xué)出版社,?2000.? [8] ?龔振幫.機器人技術(shù)研究[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995.? [9] ?陸祥生,?楊秀蓮.?機械手理論及應(yīng)用[M].?北京?中國鐵道出版社,?1985.? [10] ?王天然.?機器人技術(shù)改良[M]?.?北京:化學(xué)工業(yè)出版社,?2002.? [11]? 李壽剛.?關(guān)節(jié)型機械手[M].北京:?北京理工大學(xué)出版社,?2002.? [12] ?左鍵民.?液壓與氣壓傳動[M].?北京:?機械工業(yè)出版社,?1996.? [13]? Naoshikondon?,?Ting?K?C.?Robotics?for?bio-production?system?.?ASAE?paper,? 1998. [14]? Brock,?D.L.?and?Salisbury,?J.K.?1991.?Implementation?of?Behavioral?Control?on? a?Robot?Hand/Arm?System?[J].?Brooks,?R.A.?1994.?