用于再現人手的的功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應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域中出現的一項新技術,并已成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計。
用于再現人手的的功能的技術裝置稱為機械手。機械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產中應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域中出現的一項新技術,并已成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分,這種新技術發(fā)展很快,逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域,是一門跨學科綜合技術。
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設備。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期的作業(yè),在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點,尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力,在國民經濟領域有著廣泛的發(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識:其一、它能部分的代替人工操作;其二、它能按照生產工藝的要求,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率,加快實現工業(yè)生產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。
機械手的結構形式開始比較簡單,專用性較強。 隨著工業(yè)技術的發(fā)展,制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作,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,適應性較強,所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。
現代工業(yè)機械手起源于20世紀50年代初,是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更,具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。
機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是:機體上安裝一回轉長臂,端部裝有電磁鐵的工件抓放機構,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之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統(tǒng)仿造坦克炮塔,臂回轉、俯仰,用液壓驅動;控制系統(tǒng)用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發(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,臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動,控制系統(tǒng)也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初,但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基礎。
1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種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,改進結構,降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺,進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間(注:故障前平均時間是指一臺設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年開始應用機械手,主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業(yè)。德國KnKa公司還生產一種點焊機械手,采用關節(jié)式結構和程序控制。
瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手,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年日本機械手的產值達443億日元,產量為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,機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位,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。目前國外已經出現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。它與電子計算機和電視設備保持聯系。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)研究制造和應用的擴大,國際性學術交流活動十分活躍,歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。