毕业设计
机械手可分为专用机械手和通用机械手两
种:专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。
通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。
(2)按控制方式分
点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。
1.4 国内外发展状况
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
(1) 工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。
(2) 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
- 5 -
毕业设计
(3) 工业机器人控制系统向基于PC机
的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4) 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5) 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6) 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7) 机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“十五”、“十一五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。
- 6 -
毕业设计
其中最为突出的是水下机器人，6000m水下
无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
- 7 -
毕业设计
第二章 气动机械手控制回路设计方法及步骤
2.1 气动控制系统
气动控制系统是一种自动控制系统。这种控制系统是由执行元件执行一动作后，由行程发信器发出信号，此信号输入到逻辑控制回路，由其作出判断并发出有关直行信号，指挥执行元件执行下一个动作，此动作完成后，又发出新的信号，直到完成预定定控制为止。实际上，这是一种闭环控制系统。
2.2 气动机械手控制回路设计方法
（1）设计任务的分析。根据设计任务的具体性质确定该项目定目标。方案设计要在分析阶段之后方可进行。为了确定每一个工作步骤定内容、时间、任务落实等也可以先设计整个项目计划定流程图，然后再设计控制回路及与其他硬件的连接。
（2）设计内容。首先是总的系统的设计，一般是确定系统硬件和控制手段。在这一阶段也可以考虑选择其他多种方案，根据总的设计方案，设计控制回路定内容，一定要和系统总体构成有机的整体。
这一阶段的设计包括以下几个方面：1、气动控制系统的设计；2、其他结构部分的设计；3、确定设计是否符合要求；4、制定项目进度表5、说明文件的制定，初始资料定收集准备；6、成本核算。
（3）实施方案。根据所设计的机械手功能和系统整体的性能开始设计具体的气动控制回路；计算控制回路所需压力大小，合理的选控制回路的动力元件、执行元件、控制元件及其辅助元件等，在系统设计的论证上要认真仔细的核对数据，充分做好设计前的准备工作；在设计多缸单往复行程气动控制回路时，各缸动作的先后次序要明确，这是十分重要的，所有气缸的运动都要用位移——步骤图来表示，有关启动顺序的条件也应加入。
2.3 气动机械手控制回路设计步骤
- 8 -
毕业设计
（1）明确系统的工作任务和设计要求
1）运动装太的要求，直线运动的速度、行程，旋转运动的转、转角以及动作顺序等。
2）明确控制回路所控制的输出力或力矩的要求，即力或力矩的大小。 3）明确控制回路所工作的环境，如工作场地的温度、湿度、震动、冲击、粉尘等。
4）要明确气动控制系统与机械、电气及液压系统的配合关系。 5）明确其他要求：如价格、外形尺寸及美学设计要求等。 路设计步骤如下：
（2）画气动机械手工作流程图；列出动作顺序，根据机械手动作顺序一步步画出工作流程图，流程图结构要简单，便于控制回路的设计。
（3）画出气动机械手控制回路图；选择控制元件的类型及数目，确定气动控制方式和安全保护回路，气动控制回路图是气动控制回路中的核心部分，一个气动控制回路的好坏直接影响着机械手的动作执行。·
- 9 -
气动机械手控制回路设计
