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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
讀書(shū)報(bào)告（讀書(shū)筆記）
學(xué) 院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院
課題名稱(chēng)： 四自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其PLC
控制
專(zhuān)業(yè)(方向)
班 級(jí)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
日 期
讀書(shū)筆記一：《淺析機(jī)械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)》
——機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
一、 文章摘要
機(jī)械手是:指能模仿人手和手臂的某些動(dòng)作功能，用以固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人。它能代替人繁重勞動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化及自動(dòng)化，改善勞動(dòng)環(huán)境以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子部門(mén)。目前，機(jī)械手的種類(lèi)按驅(qū)動(dòng)方式分為：液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為：點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。
機(jī)械手的歷史及現(xiàn)狀：工業(yè)用機(jī)械手的第一次發(fā)展迅猛發(fā)展是在第二次世界大戰(zhàn)，最早應(yīng)用在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的搬運(yùn)核原料的遙控機(jī)械手操作手研究，是一種主從型的控制系統(tǒng)。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制第一臺(tái)示教型機(jī)械手，并在1962年,研制出一種更新興的機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿造坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮，用液壓驅(qū)動(dòng)。1962年美國(guó)機(jī)械鑄造公司成功研制一種叫Versatran機(jī)械手，原意是靈活搬運(yùn)，可做點(diǎn)位和軌跡控制。國(guó)外的機(jī)械手在此基礎(chǔ)上，得到一定程度上的發(fā)展。從60年代后期起，噴漆、弧焊工業(yè)機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中開(kāi)始應(yīng)用。1978年美國(guó)Unimation-Vin.am型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)控制，用于裝配作業(yè)。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械人制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要是用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等工作。日本是工業(yè)機(jī)械人發(fā)展最快和應(yīng)用最多的國(guó)家,于1969年從美國(guó)引進(jìn)后，開(kāi)始大力發(fā)展機(jī)械手的研制，目前已成為世界上工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用最多的國(guó)家之一。
機(jī)械手在我國(guó)的發(fā)展：我國(guó)工業(yè)機(jī)械手研究與開(kāi)發(fā)起步較晚，比歐美要晚30年左右，起步于上世紀(jì)70年代，1972年我國(guó)第一臺(tái)機(jī)械手在上海研制成功，從第七個(gè)五年計(jì)劃開(kāi)始，我國(guó)政府加大了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的重視程度，并投入大量的資金。研制有以下機(jī)器人：點(diǎn)焊機(jī)器人、氬弧焊機(jī)器人、裝卸載機(jī)器人等。值得注意的是中國(guó)科學(xué)沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所和北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)的機(jī)器人的控制器。與此同時(shí)，一系列的機(jī)器人關(guān)鍵部件也被研究開(kāi)發(fā)出來(lái)了，如機(jī)器人專(zhuān)用軸承，減震齒輪，直流伺服電機(jī),編碼器等等。
機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì),隨著自動(dòng)化和機(jī)械化的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手的要求也越來(lái)越高，主要體現(xiàn)在：（1）重復(fù)高精度。重復(fù)精度是指動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。對(duì)于某些機(jī)械手來(lái)說(shuō)，重復(fù)精度甚于精度。（2）模塊化。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的更具有靈活的安裝體系。它集成電接口、帶電纜及器官的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，可以使機(jī)械手更具靈活性。（3）無(wú)給油化。無(wú)給油化主要是為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、紡織等無(wú)污染要求的行（4）機(jī)電一體化。智能機(jī)械手的發(fā)展是機(jī)械手發(fā)展的重要方向之一。機(jī)電一體化的核心思想在于發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件，使氣動(dòng)技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
二、心得體會(huì)
通過(guò)閱讀本文章，從中了解了機(jī)械手的歷史及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì),知道一些不同種類(lèi)的機(jī)械手的知識(shí)，它能代替人繁重勞動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化及自動(dòng)化，改善勞動(dòng)環(huán)境以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)等領(lǐng)域。同時(shí)，了解了，機(jī)械手的發(fā)展方向：重復(fù)高精度、模塊化、無(wú)給油化、機(jī)電一體化。
讀書(shū)筆記二：《淺談數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》
——機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
主編：
一、 文章摘要
結(jié)合實(shí)際操作情況，設(shè)計(jì)了一種圓柱坐標(biāo)形式的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手，重點(diǎn)針對(duì)機(jī)械手的手爪、手腕、手臂等部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有詳細(xì)的介紹
1、設(shè)計(jì)目的：我國(guó)大多數(shù)工廠的生產(chǎn)線上數(shù)控機(jī)床裝卸工件仍由人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且具有危險(xiǎn)性，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。為了提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)的要求，結(jié)合機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用機(jī)械手技術(shù)，設(shè)計(jì)一臺(tái)上下料機(jī)械手，代替人工工作，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。本機(jī)械手主要與數(shù)控機(jī)床組合最終形成生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化和無(wú)人化。
2、機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式主要有4種：直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。
圓柱坐標(biāo)機(jī)械手的空間運(yùn)動(dòng)是用1個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及2個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作空間是圓柱狀。這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，精度相對(duì)較高，通常運(yùn)用于搬運(yùn)作業(yè)。圖1為機(jī)械模擬工作布置圖，根據(jù)實(shí)際操作的要求，該機(jī)械手在工作中需要3種運(yùn)動(dòng)，其中手臂的伸縮和立柱的升降為直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)為手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此自由度為3，其工作范圍相對(duì)較大。
3、機(jī)械手各部分部件的設(shè)計(jì):機(jī)械手手爪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):手爪是用來(lái)進(jìn)行操作及作業(yè)的裝置，種類(lèi)很多，根據(jù)作業(yè)方式可分為：搬運(yùn)、加工用途、測(cè)量等，在滿足作業(yè)要求的前提下，機(jī)械手手爪要求具有體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)等，易于安裝和維修、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算控制。結(jié)合具體工作要求，采用連桿式手爪。它主要靠活塞的推力作用下，實(shí)現(xiàn)夾緊與放松運(yùn)動(dòng)。如圖2：
機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)，考慮到搬運(yùn)工件的重量、機(jī)械手動(dòng)態(tài)性能及運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、安全性和較高的剛度要求，因此選擇液壓驅(qū)動(dòng)方式，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制。在設(shè)計(jì)時(shí)另外增設(shè)了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、小臂增設(shè)了2個(gè)導(dǎo)桿，與活塞桿一起構(gòu)成等三角形的截面形式，盡量提高其剛度。
機(jī)械手手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)械手手腕是機(jī)械手操作機(jī)的最末端，與手爪相連接，它與機(jī)械手手臂配合，使手爪作空間運(yùn)動(dòng)，完成所需要的作業(yè)動(dòng)作。其要求手腕設(shè)計(jì)應(yīng)盡量小輕盈，結(jié)構(gòu)緊湊。自由度愈多，腕部的靈活性愈高，對(duì)工作的適應(yīng)能力愈強(qiáng)。
機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)械手在工作時(shí)要承受一定的載荷，且其運(yùn)動(dòng)本身具有一定的速度，其工作空間的形狀和大小與機(jī)械手手臂的長(zhǎng)度、手臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍有密切的關(guān)系，因此手臂尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)要分析比較，選擇圓柱齒輪傳動(dòng)。
機(jī)械手手臂的平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：關(guān)節(jié)機(jī)械手手臂一般需要平衡裝置，以減少驅(qū)動(dòng)器的負(fù)荷，縮短啟動(dòng)時(shí)間。本機(jī)械手采用圓柱坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)。
二、 心得體會(huì)
通過(guò)閱讀本文章，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)所要求相關(guān)的機(jī)械手設(shè)計(jì)有初步整體的了解，同時(shí)也有很多可以學(xué)習(xí)借鑒的地方，了解機(jī)械手結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)對(duì)于最大限度發(fā)揮機(jī)械手的工作效能有著重要的意義。并初步確定了畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向和擬定了畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，是機(jī)床上下料的四自由度液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容方向。為后續(xù)的工作奠定了基礎(chǔ)，故此文章很有借鑒意義。
讀書(shū)筆記三：《PLC在工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用研究》
——機(jī)械手、可編程控制器、步進(jìn)電機(jī)、精確定位
一、 文章摘要：
工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。PLC控制機(jī)械手體積且可以現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試程序，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)要求的隨時(shí)改變，因此應(yīng)用PLC控制機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制路線，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
1、 機(jī)械手的定義：
機(jī)械手顧名思義就是能實(shí)現(xiàn)人類(lèi)手部的功能，可以按設(shè)計(jì)的目的要求實(shí)現(xiàn)相關(guān)的動(dòng)作，比如抓取物料，搬運(yùn)東西等一些簡(jiǎn)單的動(dòng)作。這種自動(dòng)化裝置可以代替生產(chǎn)車(chē)間里面繁重的人力勞作以及代替工人在一些高危環(huán)境，高危行業(yè)里面進(jìn)行作業(yè)。工業(yè)機(jī)械手是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高科技設(shè)備，它涉及機(jī)械、力學(xué)、自動(dòng)控制、傳感器、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)。
2、PLC機(jī)械手的組成：
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。構(gòu)成機(jī)械手傳動(dòng)及控制的主要部件是：步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，PLC、直流電機(jī)及其它部分。現(xiàn)在將其主要部件功能介紹如下：
（1） 步進(jìn)電機(jī)：
步進(jìn)電機(jī)是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其是一種常用的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
（2） 可編程控制器：
可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）：它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，它可采用可編程程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入，其原理如圖：
(3)PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接的工作原理:
PLC控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理框架如下圖所示：
二、心得體會(huì)：
通過(guò)閱讀本文章，了解可編程程序控制的工業(yè)機(jī)械手的一些相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)了機(jī)械手的定義及組成,了解了步進(jìn)電機(jī)，PLC、及它們之間的關(guān)系等，同時(shí)也知道可編程程序控制的工業(yè)機(jī)械手運(yùn)轉(zhuǎn)的原理，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制方面，指明了方向，初步確定要設(shè)計(jì)機(jī)械手PLC控制編寫(xiě)的模塊。
讀書(shū)筆記四：《基于PLC控制的液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)》
作者：毛毅龍 羅一平 王小明
一、 文章摘要
本文基于可編程邏輯控制器( PLC) 控制的液動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和液動(dòng)工作理，根據(jù)機(jī)械手的工作流程制定了可編程序控制器的控制方案． 選取合適的PLC 型號(hào)，對(duì)PLC 系統(tǒng)的I /O 口進(jìn)行分配，編制控制程序。
機(jī)械手是具有模仿人的手和臂某些動(dòng)作的功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置． 它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，并可在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)． 控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，并檢測(cè)其正確與否． 可編程邏輯
控制器( PLC) 具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小、維護(hù)方便等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想。
機(jī)械傳動(dòng)自由度少，難以實(shí)現(xiàn)特別復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，而組合機(jī)床自動(dòng)上下料的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)需要多個(gè)自由度才能完成，故不宜采用機(jī)械傳動(dòng)方案。氣壓傳動(dòng)時(shí)，氣控信號(hào)比光、電信號(hào)慢，且由于空氣的可壓縮性，工作時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)和爬行，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度和定位精度不可靠，效率較低。電氣傳動(dòng)必須有減速裝置和將電機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的裝置，結(jié)構(gòu)龐大、速度不易控制，而且氣液聯(lián)合控制和電液聯(lián)合控制使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上也很復(fù)雜。借助電子控制的液壓技術(shù)，則可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的各種調(diào)節(jié)和控制，計(jì)算機(jī)控制的引入和各類(lèi)傳感元件的應(yīng)用，也極大地?cái)U(kuò)展了液壓元件的工作范圍。
機(jī)械手的手臂運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)( 水平方向及豎直方向)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
( 繞中心軸旋轉(zhuǎn)) 組成，可以完成升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等3 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)． 機(jī)械手由機(jī)械系統(tǒng)、位置檢測(cè)系統(tǒng)和液動(dòng)及控制系統(tǒng)等3 部分組成． 機(jī)械手初始狀態(tài)如圖1 所示．
三、 心得體會(huì)
本文是根據(jù)春蘭公司對(duì)薄壁筒形工件自動(dòng)熱套工藝的要求研制的一套自動(dòng)裝卸工件的機(jī)械手，代替人手抓取并轉(zhuǎn)移被加熱的薄壁筒形筒形工件，以提高生產(chǎn)效率，減少工人的燙傷事故的發(fā)生?？吹綄?zhuān)業(yè)的投入生產(chǎn)使用的設(shè)計(jì)論文，我自己對(duì)于生產(chǎn)領(lǐng)域非常不熟悉，并且對(duì)于設(shè)計(jì)完全無(wú)頭緒，同時(shí)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)實(shí)例的閱讀研究，在電腦扮演重要角色的今天，PLC控制的機(jī)械越來(lái)越受到人們的親賴(lài)。在圖書(shū)館查到的資料一般也都是基于PLC控制的，可見(jiàn)現(xiàn)在基于PLC的生產(chǎn)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)已經(jīng)非常多，要想能夠設(shè)計(jì)出能夠投產(chǎn)使用的機(jī)械產(chǎn)品，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程是必不可少的。而畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)基于PLC控制的機(jī)械手，通過(guò)對(duì)本文的閱讀我了解了基于PLC控制的機(jī)械手的基本設(shè)計(jì)步驟和一般設(shè)計(jì)方法。單一具有機(jī)械知識(shí)無(wú)法同電腦控制相結(jié)合，是不能滿足現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求的，故在畢業(yè)之后，應(yīng)該更多的自學(xué)和自己專(zhuān)業(yè)相關(guān)的電腦編程方面的知識(shí)，以適應(yīng)現(xiàn)在行業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求。
讀書(shū)筆記五：《機(jī)械手的基本知識(shí)（三）》
——機(jī)械手相關(guān)知識(shí)
一、 文章摘要：
本文章主要介紹了：機(jī)械手的手部、腕部、臂部等重要的機(jī)械手的組成部分，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)機(jī)械手的工作機(jī)能有著直接的影響。這里不但介紹了手部、腕部、臂部等設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，而且還介紹了不同的機(jī)構(gòu)的類(lèi)型及其特征等。
1、 手部的類(lèi)型：
手部是抓取工件或操持工具的部件，手部上直接與工件或工具接觸的部分叫手指，手指的動(dòng)作一般是開(kāi)閉的。其主要的形式有以下幾種，如圖所示：
1-7是夾鉗式，主要是利用夾鉗的開(kāi)閉來(lái)抓取工件，按結(jié)構(gòu)可分為：兩指和多指；回轉(zhuǎn)與平移，外卡和內(nèi)卡，是目前使用最廣泛的一種。8-13是氣吸式，其手指是橡膠吸盤(pán)和塑料盤(pán)，利用真空吸氣、負(fù)壓吸氣和其它形式吸氣來(lái)工作。15-16是磁吸式，其手指是電磁鐵或永久磁鐵。利用磁鐵的磁性來(lái)吸住磁鐵性質(zhì)的工件，它適宜抓取滾動(dòng)軸承，汽車(chē)零件等。其它形式，如橡皮輪胎圈式內(nèi)襯，焊槍、噴槍、扳手等一定操作等，也是常見(jiàn)的。
手部設(shè)計(jì)要求：具有足夠的夾緊力、具有必要的開(kāi)閉角度、手部各構(gòu)件要有足夠的剛度和剛度、保證一定的定位精度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊.
手部示意圖：
心得體會(huì)：
通過(guò)閱讀本文章，了解了一些機(jī)械手的全面的知識(shí)，為畢業(yè)的機(jī)械手的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
讀書(shū)筆記六：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——控制系統(tǒng)
一、 文章摘要
控制系統(tǒng)是機(jī)械手的一個(gè)重要組成部分；是保證機(jī)械手完成動(dòng)作要求的主要手段。用它可以控制機(jī)械手的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作時(shí)間和速度等，使機(jī)械手按照作業(yè)的要求去完成各項(xiàng)任務(wù)。
專(zhuān)用機(jī)械手用途單一。其控制系統(tǒng)可按動(dòng)作要求和工作循環(huán)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造，以確保機(jī)械手完成所需要的動(dòng)作，并重復(fù)使用，無(wú)需變更。通用機(jī)械手用途多方，其控制系統(tǒng)也應(yīng)適應(yīng)變化的需要。它的組成較為復(fù)雜，有一套程序編制、記憶、存儲(chǔ)和重現(xiàn)的裝置。利用記憶、重現(xiàn)，可以自動(dòng)反復(fù)地進(jìn)行操作。機(jī)械手可由單機(jī)控制也可由多機(jī)控制。單機(jī)控制僅控制單項(xiàng)設(shè)備和所屬的機(jī)械手。而在自動(dòng)流水線上有時(shí)不僅要配備一臺(tái)機(jī)械手，而且要配備多臺(tái)設(shè)備和多臺(tái)機(jī)械手，共同構(gòu)成一個(gè)綜合的系統(tǒng)。
機(jī)械手控制系統(tǒng)的型式較多，按手臂的行程和定位的不同，可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制；按記錄和信號(hào)型式不同，可分為模擬式和數(shù)字式；按控制回路的不同，可分為閉環(huán)和開(kāi)環(huán)式。而在實(shí)際運(yùn)用中則是根據(jù)情況的需要進(jìn)行選擇或適當(dāng)?shù)慕M合，以構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。
機(jī)械控制是基本的一種控制，它是利用機(jī)械設(shè)備本身的有關(guān)部件實(shí)現(xiàn)控制，大多用于沖床。射流控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。穩(wěn)定可靠、成本低和容易操作、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)于氣動(dòng)機(jī)械手采用射流控制尤為恰當(dāng)。液壓控制是機(jī)械手的一種主要的控制形式。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度和操作時(shí)根據(jù)油的流量與壓力，就可以控制液壓機(jī)械手的速度和操作力，油壓壓力一般在每立方厘米5~140公斤范圍內(nèi)，最大臂力可達(dá)160公斤以上。
液壓元件主要有方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥三大類(lèi)。方向控制閥能引導(dǎo)或阻止液流通過(guò)某選定的通道，它只起開(kāi)關(guān)作用，而不能調(diào)節(jié)流量和壓力。它通常是兩通、三通和四通型，可以采用手工或機(jī)械傳動(dòng)、氣動(dòng)和電動(dòng)進(jìn)行操作。壓力控制閥用于調(diào)節(jié)油路壓力，可分為溢流閥和減壓閥兩類(lèi)，可以使單級(jí)也可以是兩級(jí)。溢流閥是常閉的，達(dá)到最大壓力時(shí)才開(kāi)啟，將多余流量從旁路流掉，以保持調(diào)定的壓力。減壓閥是常開(kāi)的，它的關(guān)閉是為了對(duì)管道中液流進(jìn)行節(jié)制，以保持某一最低壓力。流量控制閥用來(lái)調(diào)節(jié)油路中流量，其結(jié)構(gòu)形式也很多。從簡(jiǎn)單的兩通針閥、球閥、閘門(mén)閥直至固定式和可調(diào)式帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂崎y等。總之，液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)緊湊，輸出功率大，作為動(dòng)力元件是十分合適的。
順控器控制是一種新型自動(dòng)化控制裝置，它是根據(jù)一定的順序來(lái)確定控制內(nèi)容，并專(zhuān)門(mén)為進(jìn)行順序控制而設(shè)計(jì)的一種控制裝置。它的功能介于幾點(diǎn)起固定邏輯控制和電子計(jì)算機(jī)之間，并吸收二者的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低廉，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。
二、心得體會(huì)
選題時(shí)選擇控制部分的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)部分，為了結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)更加合理，故閱讀了這本書(shū)的控制部分章節(jié)。從本章節(jié)的閱讀中我了解到了液壓控制的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：結(jié)構(gòu)緊湊、控制的區(qū)間較寬等。但是液壓控制也存在一定的缺點(diǎn)，比如：控制系統(tǒng)比較復(fù)雜、油溫有上限等。設(shè)計(jì)要求中是使用液壓控制，那么在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該結(jié)合液壓控制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
讀書(shū)筆記七：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——機(jī)械手的組成、分類(lèi)、規(guī)格與用語(yǔ)
一、文章摘要
執(zhí)行機(jī)構(gòu)：
1.手部:手部安裝在手臂的前端。手臂得到內(nèi)孔裝有傳動(dòng)軸，可把動(dòng)作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動(dòng)、伸屈手腕，開(kāi)閉手指。
2.手臂:有無(wú)關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂之分。目前采用的手臂幾乎都是無(wú)關(guān)節(jié)臂的。多關(guān)節(jié)臂還處在研究階段。
3.軀干:軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架。
驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)主要通過(guò)油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。氣壓傳動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多。機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于動(dòng)作固定的場(chǎng)合。
機(jī)械手按照用途分可以分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手。按控制形式分類(lèi)可分為點(diǎn)位控制型機(jī)械手和連續(xù)軌跡控制型機(jī)械手。專(zhuān)用機(jī)械手是專(zhuān)為一定設(shè)備服務(wù)的，簡(jiǎn)單、實(shí)用，目前在生產(chǎn)中運(yùn)用比較廣泛。通用機(jī)械手是在專(zhuān)用機(jī)械手的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。通用機(jī)械手又分簡(jiǎn)易型、示教再現(xiàn)型和智能機(jī)械手、操縱是機(jī)械手等幾種。
基本形式有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。直角坐標(biāo)式機(jī)械手是適合于工作位置成行排列或與傳送帶配合實(shí)用的一種機(jī)械手。它的手臂可作伸縮，左右和上下移動(dòng)，按直角坐標(biāo)形式x、y、z三個(gè)方向的直線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手是應(yīng)用最多的一 種機(jī)械手，它適用于搬運(yùn)和測(cè)量工件。圓柱坐標(biāo)是機(jī)械手有五個(gè)基本動(dòng)作：①手臂水平回轉(zhuǎn)；②手臂伸縮；③手臂上下；④手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；⑤手抓夾緊動(dòng)作。球坐標(biāo)式是一種自由度較多，用途較廣的機(jī)械手。關(guān)節(jié)式機(jī)械手是一種適用于靠近機(jī)體操作的傳動(dòng)形式。它 像人手一樣有肘關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由度，動(dòng)作比較靈活，適于在狹窄空間作業(yè)。
列數(shù)是指機(jī)械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)數(shù)，它支配著機(jī)械手的位置姿勢(shì)運(yùn)算的復(fù)雜程度。它不是雅克比行列的階數(shù)。
二、心得體會(huì)
通過(guò)閱讀本章之后根據(jù)老師的要求我知道了自己設(shè)計(jì)的屬于專(zhuān)用機(jī)械手，使用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)具有壓力高，體積小，輸出力大，動(dòng)作平緩，可無(wú)級(jí)變速。自鎖方便，并能在中間位置停止的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)了解到機(jī)械手各個(gè)主要的執(zhí)行部分的功能和作用。根據(jù)基本形式和畢設(shè)的要求可知機(jī)床上下料機(jī)械手應(yīng)使用圓柱坐標(biāo)式，它具有直觀性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本體占用空間小，而動(dòng)作范圍較大的優(yōu)點(diǎn)，圓柱坐標(biāo)式的三個(gè)運(yùn)動(dòng)組成正好符合上下料的專(zhuān)用特點(diǎn)。從本章就基本可以確定了設(shè)計(jì)課題機(jī)械手的基本形式。在設(shè)計(jì)內(nèi)容中設(shè)計(jì)的機(jī)械手是三個(gè)自由度，一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)該是腰座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，和手臂上下以及手臂伸縮的直線運(yùn)動(dòng)。這三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成圓柱體運(yùn)動(dòng)，對(duì)于銑床上下料專(zhuān)用機(jī)械手而言就已經(jīng)足夠了。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)械手是圓柱坐標(biāo)式，圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手列數(shù)（m）與自由度（n）之間的關(guān)系是：m=n-2.圓柱坐標(biāo)型中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所以列數(shù)為m=1,則n=3. 由于書(shū)中只給出了四個(gè)固定關(guān)節(jié)指抓取圓棒時(shí)的計(jì)算分析方法，對(duì)兩個(gè)自由關(guān)節(jié)指抓取方料時(shí)的分析方法并不是很清晰，也沒(méi)有其他類(lèi)似書(shū)籍，所故計(jì)劃把這一步計(jì)算留到最后查閱相關(guān)論文時(shí)再進(jìn)行。
讀書(shū)筆記八：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)
一、 文章摘要
軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械手的重要組成部分。機(jī)械手一般分為固定式和移動(dòng)式兩種，固定式機(jī)械手是由軀干、手臂、傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)等組成，其手臂上都裝有手腕和手爪，它可以沿三個(gè)坐標(biāo)軸移動(dòng)，并繞三個(gè)軸線進(jìn)行回轉(zhuǎn)。
機(jī)械手的立柱是用以支承手臂并帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，手臂的俯仰也是由聯(lián)結(jié)在立柱上的油缸驅(qū)動(dòng)，立柱與機(jī)座相聯(lián)，可固定在地面上、機(jī)床設(shè)備上、或者懸掛在橫梁滑道上，也可以固定在能行走的基座上。機(jī)座是支承機(jī)械手全部重量的構(gòu)件，對(duì)其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作維修方便和造型美觀。機(jī)座結(jié)構(gòu)從形式上可以分為落地式和懸掛式，或分為固定式、可移動(dòng)式和行走式。無(wú)論哪一種形式，機(jī)械手工作時(shí)機(jī)座應(yīng)予以固定。機(jī)座的結(jié)構(gòu)與機(jī)械手的總體布置有關(guān)，對(duì)專(zhuān)用機(jī)械手而言，傳動(dòng)和控制部分通常是單獨(dú)布置，故機(jī)座比較簡(jiǎn)單或不設(shè)機(jī)座。集中布置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，管路短，占地面積少，移動(dòng)、操作都比較方便。
手腕是連續(xù)手指和手臂的機(jī)構(gòu)，它使手指能從不同的角度夾緊和松開(kāi)工件，以增加機(jī)械手的靈活性。手腕的運(yùn)動(dòng)和特點(diǎn)是手腕可做回轉(zhuǎn)、上下彎曲和左右擺動(dòng)三個(gè)動(dòng)作，即具有三個(gè)自由度。手腕和手臂的動(dòng)作關(guān)系是：手臂的三個(gè)自由度是用來(lái)使工件作上下、左右或前后往復(fù)移動(dòng)和定位用的，而手腕的三個(gè)自由度是用來(lái)調(diào)整該工件的方向用的。在設(shè)計(jì)手腕部件時(shí)，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、小巧。手腕動(dòng)作的動(dòng)力源要從手臂內(nèi)部通過(guò)，使手腕在擺動(dòng)時(shí)，油管不致于扭轉(zhuǎn)。并要求能隨時(shí)根據(jù)工作需要更換手爪，以擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍。
對(duì)手臂結(jié)構(gòu)的要求一是盡量輕，以達(dá)到動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)速度高、節(jié)約材料和動(dòng)力，同時(shí)減少運(yùn)動(dòng)的沖擊；二是要有足夠的剛度以保證運(yùn)動(dòng)精度和定位精度。手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算和偏重力矩的計(jì)算。手臂一般有三個(gè)運(yùn)動(dòng)——伸縮、旋轉(zhuǎn)和升降。手臂由以下幾部分組成：動(dòng)作元件，導(dǎo)向裝置和手臂。手臂的設(shè)計(jì)要求①手臂應(yīng)承載能力大；②手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)，慣性要??；③手臂動(dòng)作要靈活；④位置精度要高；⑤通用性強(qiáng)，能適應(yīng)多種作業(yè)；工藝性好，便于維修調(diào)整。盡量使手臂的重心通過(guò)回轉(zhuǎn)中心，或者離回轉(zhuǎn)中心盡量的近，以減少偏重力矩。對(duì)于雙臂同時(shí)操作的機(jī)械手，應(yīng)使兩臂的布置盡量對(duì)稱(chēng)于中心，以達(dá)到平衡。以上這幾項(xiàng)要求，有時(shí)往往相互矛盾，剛性好、載重大，結(jié)構(gòu)往往粗大，導(dǎo)向桿也多，增加手臂自重；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，沖擊力就大，位置精度就低。因此，在設(shè)計(jì)手臂時(shí)，須根據(jù)機(jī)械手抓取重量、自由度數(shù)、工作范圍、運(yùn)動(dòng)速度及機(jī)械手的整體布局和工作條件等各種因素綜合考慮，以達(dá)到動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠、靈活，結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、自重小，從而保證一定的位置精度和適應(yīng)快速動(dòng)作。此外，對(duì)用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮熱輻射、手臂要較長(zhǎng)，以遠(yuǎn)離熱源，并須裝有冷卻裝置。對(duì)用于粉塵作業(yè)的機(jī)械手還要添裝防塵措施。由于設(shè)計(jì)要求手臂360度旋轉(zhuǎn)，所以需采用直線油缸通過(guò)齒條、齒輪或鏈條、鏈輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。
夾緊機(jī)構(gòu)種類(lèi)很多，有機(jī)械式、吸盤(pán)式和電磁式等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為銑床上下料機(jī)械手的夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)使用機(jī)械式。機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類(lèi)繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾緊方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指書(shū)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源則可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。
機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是由驅(qū)動(dòng)元件、手爪支持部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、手指及各種墊片、附件等組成。本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)元件是油缸，手爪支持部件固定在手臂上，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把活塞桿的運(yùn)動(dòng)變?yōu)槭种搁_(kāi)閉運(yùn)動(dòng)。
二、心得體會(huì)
通過(guò)本章的閱讀，了解了各部分的設(shè)計(jì)原則，對(duì)手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算公式及推演方法基本理解。雖然我知道了公式，移動(dòng)部件的重量如果按照10kg計(jì)算，但是起動(dòng)或制動(dòng)前后的速度差和起制動(dòng)所需的時(shí)間我還是不明了應(yīng)該帶入那些數(shù)據(jù)，所以必須找時(shí)間查找資料與請(qǐng)教老師。
讀書(shū)筆記九：《機(jī)械手——理論及應(yīng)用》
——機(jī)械手總體布置、作業(yè)分析、可靠性和效果
一、文章摘要
文章具體分析了各種型式的機(jī)械手的作業(yè)空間，圓柱坐標(biāo)是機(jī)械手的作業(yè)空間的廣度約為直角坐標(biāo)型的10倍；球坐標(biāo)式是圓柱坐標(biāo)型的3倍，直角坐標(biāo)型的30倍；關(guān)節(jié)型又是球坐標(biāo)型的3倍，直角坐標(biāo)型的87倍。此外假若采用自由度為2的運(yùn)動(dòng)副時(shí)，則由此所涉及的作業(yè)空間更大。
機(jī)械手的場(chǎng)地布置前要經(jīng)過(guò)一下五個(gè)步驟的分析：1.確定工作物；2.確定不同工件的重量；3.工件的數(shù)量；4.動(dòng)作要求；5.按照性能指標(biāo)安排作業(yè)順序。
影響機(jī)械手可靠和安全的環(huán)境因素有：1.熱：一般工作人員當(dāng)環(huán)境超過(guò)48°左右而又無(wú)冷空氣冷卻時(shí)，就不能連續(xù)進(jìn)行工作。因而，機(jī)械手的操作溫度最大限值可取為48度。2.振動(dòng)：機(jī)械手在振動(dòng)的環(huán)境下操作，常易發(fā)生故障。3.電源的干擾：大的動(dòng)力電源將影響電子元件的可靠工作。4.液、氣體和粉塵的噴灑和飛濺。
高溫作業(yè)的機(jī)械手需要滿足下列條件：
1. 機(jī)械手能將坯料采用機(jī)械手，隨后取出放置在軋鋼機(jī)上。
2. 工件放置的位置精度在±2毫米以?xún)?nèi)。
3. 工件重量為30公斤（坯料加手爪重量）。
4. 手爪的伺服機(jī)構(gòu)能攜帶工件，并能完成要求的角度。
利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)確定作業(yè)布置首先要掌握以下的信息——采用機(jī)械手的重要技術(shù)參數(shù)；機(jī)械手應(yīng)該到達(dá)的區(qū)域和位置；工作場(chǎng)地機(jī)械設(shè)備的俯視圖；以及柱、墻的位置等。然后，將上述信息輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，程序開(kāi)始前要先檢驗(yàn)機(jī)械手的行程所能到達(dá)的區(qū)域和位置坐標(biāo)。用掃描的方法取得結(jié)果，并比較不同方案可能到達(dá)的位置情況，再選擇其中最優(yōu)的一個(gè)方案。計(jì)算機(jī)顯示將表明，采用機(jī)械手后能使該工作場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)械手。
影響機(jī)械手經(jīng)濟(jì)效果的因素很多，主要有兩個(gè)方面，一為支付方面；二為節(jié)約、回收方面，分列如下：
1. 機(jī)械手成本：（1）購(gòu)置費(fèi)用；（2）特殊機(jī)具的配備；（3）專(zhuān)用裝置的制作；（4）日常維修和周期檢查；（5）動(dòng)力費(fèi)用；（6）折舊費(fèi)用；（7）其他的資金支出。
2. 機(jī)械手費(fèi)用的回收：（1）替換人員的工作量及工資額；（2）改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量；（3）增加生產(chǎn)能力。
標(biāo)志機(jī)械手的可靠性有兩個(gè)概念，一個(gè)為故障間平均運(yùn)行時(shí)間簡(jiǎn)稱(chēng)MTBF，以小時(shí)計(jì)算，另一個(gè)是停車(chē)時(shí)間。故障間平均運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明其可靠性越高。反之。間隔平均運(yùn)行時(shí)間越短，則說(shuō)明使用中的機(jī)械手故障較多，修理頻繁。停機(jī)時(shí)間，即機(jī)械手發(fā)生損壞以致停機(jī)，直至修復(fù)重新投入使用的時(shí)間。停機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短與損壞程度及維修時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。機(jī)械手可靠性用故障間平均運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間MTBF求得：
二、心得體會(huì)
通過(guò)本章節(jié)的自學(xué)，我了解到僅僅只掌握理論的設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，要綜合考慮設(shè)計(jì)工作的各個(gè)方面，環(huán)境等因素對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的影響不容忽視，它影響機(jī)械壽命的重要因素之一。設(shè)計(jì)之前要做好充分的準(zhǔn)備工作，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)械的工作環(huán)境要進(jìn)行實(shí)地考察，設(shè)計(jì)之后要進(jìn)行準(zhǔn)確的可靠性分析。
讀書(shū)筆記十：《機(jī)器人靈巧手》
——概論
主編：張玉茹 李繼婷 李劍鋒
一、文章摘要
靈巧手是為多任務(wù)而研究開(kāi)發(fā)的一種智能型通用機(jī)械手，其潛在的用途包括在極限或有害環(huán)境下替代人類(lèi)執(zhí)行任務(wù)。人手有運(yùn)動(dòng)和感知兩個(gè)主要功能。運(yùn)動(dòng)功能使其能夠操作不同形狀和大小的物體；感知功能使其能夠通過(guò)接觸獲取物體特征，探測(cè)位置環(huán)境。人手的這兩個(gè)主要功能還必須通過(guò)肌肉的動(dòng)力和大腦的控制才能實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動(dòng)、傳感和控制才能實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動(dòng)、傳感和控制是靈巧手的3個(gè)主要成分，也是靈巧手開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)。靈巧手的主要功能可以概括為抓持和操作。抓持的特征是手與物體接觸，但沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。操作則既有接觸，又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
靈巧操作的目的是使被操作物體從初始位置和姿態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)位態(tài)）到達(dá)目標(biāo)位姿，這一過(guò)程是通過(guò)手指有目的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。由于手指關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)是直接的控制變量，因此，回答上述問(wèn)題必須建立指關(guān)節(jié)與物體兩者之間的平衡關(guān)系。相關(guān)的基礎(chǔ)建模問(wèn)題主要包括：①操作運(yùn)動(dòng)學(xué)；②抓持平衡方程；③接觸約束。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論手指與物體在何點(diǎn)接觸、施加多大的平衡力才能保持操作穩(wěn)定，進(jìn)而解決運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制問(wèn)題。
操作運(yùn)動(dòng)學(xué)描述物體、物體與手指的接觸點(diǎn)、指關(guān)節(jié)三者之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。利用這些關(guān)系，當(dāng)給定期望的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以求出對(duì)應(yīng)的手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，作為運(yùn)動(dòng)控制的目標(biāo)值。
抓持平衡方程描述物體所受外力、物體與手指的接觸力、指關(guān)節(jié)力矩三者之間的平衡關(guān)系。利用這些關(guān)系，當(dāng)已知物體所受外力時(shí)，可以求出對(duì)應(yīng)的指關(guān)節(jié)力矩，作為力控制的目標(biāo)值。反之，如果已知手指關(guān)節(jié)的力矩，可以預(yù)測(cè)物體所受的接觸力，從而判斷其是否靜止或?qū)a(chǎn)生怎樣的運(yùn)動(dòng)。
接觸約束描述物體與手指的接觸將產(chǎn)生怎樣的力、對(duì)運(yùn)動(dòng)有何影響，因而影響到靈巧手操作系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)具體靈巧手而言，其接觸可以抽象為何種模型取決于手指與物體的材料和形狀。
靈巧操作包括接近、發(fā)生接觸、脫離接觸、操作物體能階段，是一個(gè)離散和連續(xù)時(shí)間的混合系統(tǒng)。從指定控制策略的角度將系統(tǒng)分為三個(gè)層次：上層的功能為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃；下層實(shí)施運(yùn)動(dòng)和力的控制；中層的任務(wù)是判斷事件的發(fā)生、確定操作階段、決定階段之間如何轉(zhuǎn)換。
運(yùn)動(dòng)規(guī)劃包括：抓持規(guī)劃、指態(tài)規(guī)劃。抓持規(guī)劃的核心問(wèn)題是如何選擇手指和手掌相對(duì)物體的位置，簡(jiǎn)稱(chēng)抓持位形。其中包括如何判斷穩(wěn)定性，如何計(jì)算和優(yōu)化接觸力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，抓持位形的選擇主要取決于物體形狀和操作任務(wù)。指態(tài)規(guī)劃的核心問(wèn)題是如何確定手指的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)期望的物體運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)計(jì)算工程，需要保證手指在可達(dá)空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各手指之間沒(méi)有干涉，以及接觸力保持平衡。如果上述條件不滿足。
世界上很多國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了關(guān)于靈巧手的研究，其中中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利和匈牙利等國(guó)的研究機(jī)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了靈巧手樣機(jī)。在技術(shù)方面，我們需要體積小、重量輕、力矩大的驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)裝置，需要高性能的觸覺(jué)傳感器，其中包括對(duì)力覺(jué)、滑覺(jué)信息的感知能力，需要高性能的機(jī)器視覺(jué)和對(duì)復(fù)雜信息的快速處理能力，還需要更高的水平的只能控制等。所有這一切，
都對(duì)理論理論研究和設(shè)計(jì)創(chuàng)新提出新挑戰(zhàn)。
二、 心得體會(huì)
從本文可以看書(shū)機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)到很多學(xué)科和很多部門(mén)，力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、電學(xué)、高等數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科均涉及廣泛，我設(shè)計(jì)的銑床上下料機(jī)械手屬于機(jī)械手中比較簡(jiǎn)單的部分，但我仍然覺(jué)得困難，可見(jiàn)自己理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，課外的學(xué)習(xí)也不夠。
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