PLC直角坐标式搬运机械手的结构设计与控制研究(3)
90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到了飞速的多元化发展【9】。
中国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。从90年代初期起，中国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，中国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为中国机器人产业的腾飞奠定了基础。目前，国内工业机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，但是，数量、品种、 性能等方面都不能满足工业生产发展的需要。 因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等【10】。
在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。 视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。 触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。 手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高【11-13】。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。 现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。
2 直角坐标式搬运机械手的总体设计
2.1任务分析
设计一款直角坐标式气动搬运机械手的系统总体方案，使其能完成工件搬运至货架上的动作，包括抓取、平移、旋转和存放。在工作过程中，夹持力适当，工件既不能出现掉落也不能损坏包装外观，并且保证排放整齐。另外，动作灵活，定位精准，安全可靠。具体要求下：
图2.1直角坐标式搬运机械手任务图
（1） 抓取的构件材料：45钢；工件直径大小:Φ50mm,工件高度：10mm；
（2） 摆放货架宽1m，深150mm，共4层，层间距为200mm，每一层可摆放4个工件；
（3） 被搬运工件与货架间的位置关系如图2.1所示，并且工件的装配台面与摆放货架的最低一层在同一水平面。
由任务书可知，本机械手需要完成往货架的送货动作，即自动货架的功能。
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