四轴简易机械手的设计.docVIP

济南大学毕业设计 16 - - PAGE 23 - 1前言 1.1 设计的目的和意义 机械手自问世以来，经过了40多年的发展，已广泛应用于各个领域。机械手最早应用于汽车制造工业，常用于喷漆、焊接、搬运和上下料。机械手可代替人从事危险、有毒、有害、高温、高压、重载、噪音、粉尘和低温等恶劣环境中的工作；代替人完成单调重复和繁重的劳动，不仅减少了人力资源的浪费，减轻了劳动强度，而且大大改善了工人的劳动条件，提高了生产效率和生产自动化水平。目前机械手主要用于以下几个方面。 1.恶劣的工作环境和危险的工作 在核工业中，核反应堆内具有较强的放射性，为了人员的安全，经常需要机械手来完成相关的清理工作，另外在压铸、冲压、热处理、锻造、喷漆车间以及有强烈紫外线照射的电弧焊等危险领域的作业中也经常需要用到机械手。 2.自动化生产领域 目前研制出了搬运机械手、码垛机械手、汽车座椅装配机械手、点胶机械手等各类工业机械手，主要用于生产上实现自动化。如当末端夹持焊枪时，可以对汽车或摩托车的车体进行点焊或弧焊作业；当末端安装喷枪时可以进行喷涂作业；当末端安装手钳时，可以给压铸机或成型机进行上下料作业或者用来装配机械零部件。目前我国已经建成的自动生产线有很多，如沈阳水泵厂的环类深井泵轴承体加工自动线、上海动力机厂的箱体类气缸盖加工自动线、大连电机厂的轴类4号和5号电动机轴加工自动线、上海拖拉机齿轮厂的盘类齿坯加工自动线等等[1]。 3.在特殊作业场合进行极限作业 在一些极地探索、火山探险、空间探索、深海探密等领域经常要用到机器人去探索，目前研制出了螃蟹机器人，用于水下勘测任务操作，它的身体结构接近于螃蟹，能够完成指定的指令，也可以用于海洋搜寻及石油天然气的勘测。还有用于国际空间站的机器人，可以对空间站的外表面进行检测。 4.农业生产 目前研制出了太阳能农用机器人，他可以找到隐藏在农作物中的杂草，这主要依赖于它的视觉系统，当发现有别于农作物的植物时，它便利用数据库提供的植物的特性与目标植物加以比较，当确定为杂草时，就会用机械手隔断杂草，同时还可以喷洒除草剂。 5.军事应用 在军事应用中，军人执勤经常会遇到危险，这就需要机器人帮助完成执勤任务，给机器人配备军用机枪，利用机器人完成炸弹清除工作。 机械手在控制器的控制下，可以模仿人的手、腕、臂的动作，按照固定的动作流程进行工作。我国绝大多数农民工就业于劳动密集型行业，劳动密集型行业中绝大多数工作是简单的、重复性作业，这些工作没有多少技术，农民工很容易学会，但这些工作对从业者的体力反应灵敏度或操作精确度有比较高的要求，因此，青年农民工从事这些工作时劳动生产率比较高，但是非技术农民工进入中年后，体力、反应灵敏度和操作精确度下降，劳动生产率逐年降低。因此使用机械手，不但降低了人的体力劳动，减少人力资源的浪费，减轻了劳动强度，而且大大改善了工人的劳动条件，提高了工作效率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，为企业带来更大的经济效益，更有利于企业的发展。尤其是在高温、高压、重载、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的危险环境中应用更为普遍[2]。 1.2 机械手的研究现状 1.2.1 机械手国 机械手主要分为两类：工业机械手以及其它特种机械手。现代工业机械手起源于20世纪50年代，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更、具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机械手以来，机械手在工业发达国家迅速发展。根据国际工业机械手联合会(IFR)的数据显示2000年全世界工业机械手的总数已经达到82万台。其中日本拥有42万台，占全世界机械手总数的50%左右。除日本外，世界上还有许多工业发达国家，如美国、前苏联和西欧一些国家的机械手产业发展也很快。例如，在美国，1970-1980年间的机械手台数增加20倍以上。在亚洲，韩国的机械手产业发展也很迅速，现排名世界前列；而日本、韩国和新加坡的机械手密度居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰等，机械手制造业及应用机械手的情况都有很大发展。其它特种机械手是国外近年来才迅速发展起来的，是机械手技术的一个重要发展方向，主要研究方向有：空间机械手，医用机械手，水下机械手，建筑机械手和军用排爆机械手等等。其中，排爆机械手是近期的热点，是为了排除恐怖分子放置的爆炸物等危险品。较早研制出了排爆机械手的是英国的“手推车”和“超级手推车”。其他国家也纷纷步入后尘，德国、美国、法国等国家都推出了实际应用型的机械手[3]。 1.2.2 机械手作为现代制造业主要的自动化设备, 已经广泛应用于汽车、工程机械、电子信息、家电等各个行业,进行焊接、装配、搬运、加工等复杂作业。我国机械手起步于20世纪70年代初