机电一体化之工业机械手分析.docx
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1、工业机械手分析一、绪论(一)工业机器人的发展现状随着世界工业的发展和科技的不断进步,工业机器人的发展速度日益加快,其发展过程大致分为三个阶段,第一代工业机器人为当前应用最多的示教再现型机器人,它由机器手控制器与示教盒构成,机器人可以按预先引导的动作一一记录下信息,并根据记录的信息重复再现执行;第二代工业机器人为感知型机器人,这类机器人具有力觉、触觉和视觉等功能,同时它还具有反馈外界某些信息并进一步调整的能力,目前已进入应用阶段;第三代工业机器人为智能机器人,这类机器人具有感知外部环境、理解外部环境的能力,即使工作环境发生了改变,它也能够根据变化后的环境而成功地完成既定的任务,目前,这类机器人仍
2、处于研究与开发阶段。工业机器人是目前机器人领域中技术最成熟、应用最广泛的一类机器人。工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电器行业等领域。在工业生产中,弧焊机器人、电焊机器人、装配机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量使用。在制造业中,尤其是在汽车行业,如在毛坯制造、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测等作业中,机器人己逐步取代人工作业。汽车行业首先是代表高技术的领域,投入也是相当大,也是率先广泛应用工业机器人的领域;从汽车行业应用工业机器人的发展现状和趋势,可以看出整个工业机器人的发展前景是非常好的。2 .国外工业机械手的发展现状目前,工业机械手广
3、泛应用于各种制造行业中,如电器制造行业、汽车制造行业、塑料加工行业、通用机械制造行业、以及金属加工行业等都使用了工业机械手。随着社会生产的进一步发展和科学技术的进步,工业机械手的功能和性能将进一步得到改善和提高,因此,工业机械手的应用领域将越来越广。(1)工业机械手驱动方式发展现状现在的工业机械手驱动方式大多采用电机驱动。电机驱动的工业机械手具有精度高、驱动力大、响应快等优点,同时采用电机驱动必须使用减速机构,因此采用电机驱动方式的机械手会大大高于其他方式驱动机械手的成本,因而大大的限制了电机驱动机械手的应用。随着气动技术的高速发展,乂由于气压驱动具有其他驱动方式没有的一些优点,如成本低、高性
4、价比、无污染、结构简单、抗干扰能力强等,因而越来越多的工业机械手采用气动控制,因而气动技术也得到了迅速得发展。(2)工业机械手定位精度发展现状在气动技术发展初期,由于技术的不成熟,利用气压驱动的工业机械手的定位精度很低,更无法实现在任意位置的起停,只能靠气缸两个终点位置来实现机械手的定位,或者采用多位气缸,而多位气缸的定位长度也已经由气缸的行程确定,同样无法实现机械手在任意位置得起停。如果要多加一个定位位置,或者是要改变预先确定的两个定位位置之间的距离,则需要另外再设计一个多位气缸,这样就会导致气缸的滑块导向机构更加复杂,所以早期的气动工业机械手不能实现任意位置的定位,因此大大限制气动工业机械
5、手的发展。伺服技术的出现实现了气缸在任意位置定位,世界上各国都相继开发出了可在任意位置实现起停的气动工业机械手,且定位精度可以达到0.5mm,如日本SMC公司、德国FESTO公司等。气动伺服技术的出现,大大提高了气动机械手的定位精度,实现了气动机械手在任意位置的定位,扩大了气动机械手在自动化领域的应用范围。现代气动工业机械手的发展方向为集成化、模块化。因此现代气动工业机械手普遍集成了电气接口和气管的导向系统装置,这样就使得机械手的运动更加协调,更具稳定性,同时现代气动工业机械手的传动部件大多采用量身设计的滚珠轴承,这使得工业气动机械手具有更高的刚性、更高的强度、更好的精度和更好的导向精度。因此
6、现代气动工业机械手更重要的一个特点就是具有优良的定位精度。德国FESTO公司研制了一整套模块化气动工业机械手,由于采用了模块化的组装结构,因此可以组成很多种类型的气动工业机械手,如滑块型气动机械手、立柱型气动机械手、门架型气动机械手及其他类型的工业机械手,如图1.1所示。因此模块化的工业机械手使得工业气动机械手组装更加方便、动作更加灵活、定位精度更高,主要用于一般的工业送取料自动线上。另外,欧洲的德国和英国开发的应用于各种工业传送系统上的气动机械手,如Bergerlahr公司研制的坐标式气动机械手、德国Bosch公司研制的Scara型气动机械手等,如图1.1所示。(4)(5)图1. 1国外机械
7、手3 .国内工业机械手的发展现状国内的一些机构和高校从20世纪90年代开始对工业机械手开始进行研究,比较具有代表性的是北京理工大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学SMC气动技术中心和浙江大学的流体传动和控制重点实验室。南京理工大学研制的气动自动化制造系统,这套系统由包装、装配、标贴、加工、成品存取等子系统构成。在每个子系统自主工作的前提下实现了系统集成控制,同时实现了配置自动化物流,这套系统实现了从成品加工到成品存取的全部过程自动传输与自动装卸,这套系统中设计了一个关节型气动机械手,这个关节型气动机械手主要实现的功能是货物的搬运和货物的翻转,其中集成手部动作、腕部动作、臂部动作和腰部动作的四个自
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