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机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备,它对稳定、提高产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用,随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点,气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述。扩展我们的知识面和专业面,可以加强对自己的思维训练和能力培养,还可以填补空白,提高生产效率,很大的现实意义。
关键词:气动机械手;研究方向;发展趋势
1.机械手国内外发展现状
工业机械手最早应用在汽车制造工业,常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能,它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作:代替人完成繁重、单调重复劳动,提高劳动生产率,保证产品质量。目前主要应用与制造业中,特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心,自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统,实现生产自动化。随着生产的发展,功能和性能的不断改善和提高,机械手的应用领域日益扩大。
工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的,始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究,它是一种主从型的控制系统.1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一回转长臂,端部装有电磁铁的工件抓放机构,控制系统是示教型的;1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上,又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩,用液压驱动;控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的;同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司,专门生产工业机械手.1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手,原意是灵活搬运,可做点位和轨迹控制:该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩,采用液压驱动,控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初,但都是国外机械手发展的基础。从60年代后期起,喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用.1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation―Vic.arm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业:联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制;日本是工业机器人发展最快,应用国家最多的国家,自1969年从美国引进两种典型机械手后,开始大力从事机械手的研究,目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手,主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。
我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代.1972年我国第一台机械手开发于上海,随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划(1986-1990)开始,我国政府将工业机器人的发展列入其中,并且为此项目投入大量的资金,研究开发并且制造了一系列的工业机器人,有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人,广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人,大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人,沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器,都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的,同时一系列的机器人关键部件也被开发出来,如机器人专用轴承,减震齿轮,直流伺服电机,编码器,DC――PWM等等。
我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时,相应的发展通用机械手,研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构,设计成典型的通用机构,以便根据不同的作业要求,选用不用的典型机构,组装成各种用途的机械手,即便于设计制造,又便于跟换工件,扩大了应用范围。
2.机械手构成与分类机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力,改善热、累等劳动条件。
3.气动机械手的应用现状
由于气压传动系统使用安全、可靠,可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。而气动机械手作为机械手的一种,它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以,气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工,食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
现代汽车制造工厂的生产线,尤其是主要工艺的焊接生产线,大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动;车身外壳被真空吸盘吸起和放下,在指定工位的夹紧和定位;点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊,都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化,堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上,在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上,不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪,还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住,运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统,采用了平稳加速的SIN气缸。
气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装;用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手;自动加盖、安装和拧紧气动机械手,牛奶盒装箱气动机械手等。
4.发展前景及方向
4.1重复高精度
精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度,它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次,机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要,如果一个机器人定位不够精确,通常会显示一个固定的误差,这个误差是可以预测的,因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围,它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高,它的应用领域也将更广阔,如核工业和军事工业等。
4.2模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术,而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置,使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承,使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能,扩大了机械手的应用范围,是气动机械手的一个重要的发展方向。
智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备,特别是紧凑型CP阀岛,它对分散上的集中控制起了十分重要的作用,特别对机械手中的移动模块。
4.3无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求,不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步,新型材料(如烧结金属石墨材料)的出现,构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件,不仅节省润滑油、不污染环境,而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
4.4机电气一体化
由“可编程序控制器-传感器-气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件,使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”;省配线的复合集成系统,不仅减少配线、配管和元件,而且拆装简单,大大提高了系统的可靠性。
而今,电磁阀的线圈功率越来越小,而PLC的输出功率在增大,由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC,而阀岛技术的发展,又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。
5.课题研究的目的、意义:
在机械工业中,应用机械手的意义可以概括如下:
一、以提高生产过程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度,从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
二、以改善劳动条件,避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中,用人手直接操作是有危险或根本不可能的,而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业,使劳动条件得以改善。
在一些简单、重复,特别是较笨重的操作中,以机械手代替人进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
三、可以减轻人力,并便于有节奏的生产
应用机械手代替人进行工作,这是直接减少人力的一个侧面,同时由于应用机械手可以连续的工作,这是减少人力的另一个侧面。因此,在自动化机床的综合加工自动线上,目前几乎都没有机械手,以减少人力和更准确的控制生产的节拍,便于有节奏的进行工作生产。
综上所述,有效的应用机械手,是发展机械工业的必然趋势。
计算机将具备更多的智能成分,它将具有多种感知能力、一定的思考与判断能力及一定的自然语言能力。除了提供自然的输入手段(如语音输入、手写输入)外,让人能产生身临其境感觉的各种交互设备已经出现,虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。今天人们谈到计算机必然地和网络联系起来,一方面孤立的未加入网络的计算机越来越难以见到,另一方面计算机的概念也被网络所扩展。二十世纪九十年代兴起的Internet在过去如火如荼地发展,其影响之广、普及之快是前所未有的。从没有一种技术能像Internet一样,剧烈地改变着我们的学习、生活和习惯方式。全世界几乎所有国家都有计算机网络直接或间接地与Internet相连,使之成为一个全球范围的计算机互联网络。人们可以通过Internet与世界各地的其它用户自由地进行通信,可从Internet中获得各种信息。人们已充分领略到网络的魅力,Internet大大缩小了时空界限,通过网络人们可以共享计算机硬件资源、软件资源和信息资源。“网络就是计算机”的概念被事实一再证明,被世人逐步接受。
为了掌握一些计算机的软,硬件知识,为今后学习计算机原理,计算机网络课打下良好的基础,由学校统一组织,我们进行了为期一周的计算机组网与网络技术实习.
实习步骤:
第一步是拆机.首先将机箱背面的各连线拔下.打开机箱后,先拔下硬盘和光驱的电源线,数据线,然后依次拔下网卡,显卡,内存条,最后小心拔出CPU. 拆完电脑后,我认真研究了一下各个硬件:网卡很好认,即使不看它的D-LINK标志,看一下它附带水晶头的插口即知;内存条也很好辨认,是直尺大小的一个绿色长条;鼠标是双飞燕的双键鼠标,手感自然比不上三键鼠标;光驱是NEC的VCD光驱;硬盘是made in 马来西亚的西部数据;至于机箱,我们的是卧式的,还有一些是立式的.
第二步进行装机实习.先安装AMD的CPU.将零插拔力的插口的横杆拉起,然后将CPU无针的三角对准插口无孔的三角处放下去拉下横杆即告完成.接下来是装风扇――将风扇基座的簧片卡住CPU插口侧端亦固定完毕.只是由于供我们拆装的机子是较早前的电脑,其风扇接线并不是像常规的接法一样接在主板上,而是接在电源线上,这让我略微思考了一会.很轻松地将显卡和网卡插在(白色的)PCI插槽上,内存条插在黑色的插槽后,便要开始数据线的安装了.软驱的数据线最为明显,是分叉的,不用费劲就可以找出并装好.接下来是光驱,硬盘的数据线,因为我在家中安装过刻录机,安装它们自然不在话下.当然,这里有一个诀窍:将数据线的红色边缘朝向电源线接口那一方就不会接错了.另外,接鼠标的和键盘时发现其接口不是主流机箱接口中的绿色接口和紫色接口.
第三步是进行安装系统的实习.由于机子本身已经装有windows98系统,我们打算格式化系统盘后重新安装.先是直接在C盘下输入以下命令:format c:/q,即快速格式化C盘.格式化完毕重启电脑,按del键进入BIOS设置界面,将启动顺序设置为CD-ROM优先.保存设置退出后再次重启电脑,在光驱中放入win98安装盘,光盘引导后选择start with cd-rom......一项,片刻后即进入win98安装界面.设置后便进入30来分钟的系统安装过程.安装过程进行到某一阶段后,系统会重启.重启三次后,win98操作系统便基本安装完毕.
第四步是安装硬件驱动程序.由于不熟悉各驱动安装盘的内容,又没有说明书可供参考,所以几乎是挨个尝试着安装的,而且失败了多次.其中有一次网卡的驱动程序安装完毕后无故障和冲突,但却无法正常使用网卡.后来找到了D-LINK的驱动重装了一遍才算安装成功.
第五步是练习分区.这里要用到DOS的fdisk命令.在安装盘的win98目录下调用该命令后即进入分区菜单.首先是删除分区.选择第三项即是删除分区功能.新的菜单里又有子菜单供你选择,依次是删除基本分区,删除扩展分区和删除逻辑分区.需要注意的是,删除分区时必须先删除逻辑分区,再删除扩展分区,最后才删除基本分区,否则系统会提示删除分区无效.删除完分区后,就该回到主菜单选第一项创建分区.创建分区的顺序正好和删除分区的顺序相反.即先创建基本分区,再创建扩展分区,最后创建逻辑分区.值得注意的是,创建基本分区时系统会提示你是否将所有空间分配到该分区,这里选否,然后就可以自己定义分区的空间大小.另外在创建分区时不要设置卷标,否则系统可能会不识别分区.万一不小心设置了卷标也不要紧,再格式化一遍设置了卷标的分区,然后在系统提示是否清楚卷标时选择是即可.创建完全部分区后,就需要选择主菜单的第二二项把基本分区设置成活动分区,最后退出fdisk的菜单,用format命令依次把各分区格式化一遍即可.
第六步是制作网线.网线的制作方法比较独特,先是用特制的钳子在网线的外皮上轻划一圈,即可用手把外皮剥掉.接下来是分线,剥离外皮的网线会露出八条小线,白色和彩色的小线两两绕在一起.只需将八条小线从左到右按以下顺序分好即可:白,橙,白,蓝,白,绿,白,棕(没错,白线总是在左边).最后,将蓝线和绿线左边的白线交换一下位置,一根网线就分好线了.分好线以后就可以安装水晶头了,将分好线的一头插入水晶头里,然后用刚才划外皮的特制钳子加紧水晶头即可.安装水晶头前一定要注意将八根小线弄平弄齐,否则装入水晶头时可能会出现个别小线套不上水晶头里的金属触片的情况,从而导致整根网线作废(只能剪掉水晶头重装).
第七步是连接局域网.这一步倒没有什么太难的地方,只不过需要反复调试.可先在开始-运行里输入cmd进入命令提示符,然后输入ipconfig查看本机或是其它机子的IP地址.然后在网上邻居里设置好网关,子网掩码和IP地址就可以尝试着连接目标计算机了.如果连接不上可以考虑在命令提示符里ping一下,看是否网络连接通畅.如果第四步和第六步工作没做好的话,都有可能导致这一步无法完成.
第八步是网上冲浪.进入这一步就相对轻松多了.很多同学都对在线电影感兴趣,只是不知道免费在线电影网站的网址,我告诉他们网站的网址,又帮他们下载并安装好real player 10,就可以在线观看电影了.不过有一点值得注意,机房的电脑都安装了还原精灵,一重启就会自动还原系统盘,所以我下载的软件一律放在D盘.与别人不一样的是,我并不着急网上冲浪,而是先下载一个叫MAXTHON(即遨游)的浏览器.众所周知,IE浏览器本身太耗资源,反应速度慢,且极易出现停止响应的现象,而遨游就快捷多了.下载好浏览器后,我接着下载紫光拼音输入法3.0,它相对于微软拼音和智能ABC要好用得多.安装完紫光拼音后,我才正是开始网上冲浪.想去的网站太多,可是没记住它们的网址怎么办 好在我有一个随叫随到的收藏夹,那就是我的网站.先在我的网站里进入千龙新闻网,看看当天有什么值得关注的新闻.接着进入全球中文论坛网,看看当日有什么精彩的帖子,然后就在博客中国里看看有哪些值得学习的知识.最后来到音乐网站听听最新的歌曲,来到FLASH网站看看FLASH新作,来到中国声音网听听曲艺,相声,用龙卷风收音机听听广播电台,不由感到畅快无比.轻松之余,忽然想学些技术,于是看看手机有人网的手机资讯,看看京东多媒体论坛的时尚数码,看看豆豆技术网里的电脑技术...... .最后是维护自己的网站.先回复留言本里的留言,更新一下建站日志,然后用写字板写下一篇已经构思好的文章,在网上发布.
不知不觉,一周的计算机实习结束了.这次实习就像一次轻松愉快的旅行,开拓了我的视野,提升了我的技能,也加强了我的动手能力,让我与电脑进行了一次零距离接触。
时间过的真快,转眼间为期一周的实训已经结束。经过这一周的实训练习让我们第十二组学到了许多知识,回头想想实训这几天我们确实是有很大收获的。一周、看似很简短的时间,实际上按小时计算120小时却是个不少的数字,也许有些牵强。但是简短的时间仍是有效的,因为在这一周中我们学到了很多东西,并且接触了从来没有制作过的文件后台管理系统。这一周我们在学习的同时。也进一步懂得了合作的重要性。实训过程中自己有很多的不懂,很多的问题,都是小组成员大家一起商量解决的。这次实训让我明白了我们实训的主要目的是让我们通过不断的实习来积累经验,进而才能把书本的知识转化为技能。实践出真理,在这一周的实训确实是有些累但是累得有价值。学海无涯,好多好多的东西在向我们招手,等待我们去努力的学习。在以后的工作、生活和学习中,发展自己的优势,弥补自己的不足和缺陷。实训开始的第一天我们并非是直接开始制作文件管理系统的,而是做十题C#编程基础训练,这十道题目都是建立在我们平时学习中所学习到的基础上的,一方面是对以前所学的一次总结,另一方面也是复习一下以前所学的,能方便在接下来的文件管理系统中进行网站的设计与实现。所以,相对而言,这十道题目做起来不算棘手。第二天则是对文件管理系统的基本架构,我们小组兵分四路,一个负责寻找合适的模板,一个负责网页的排版,另外两人一个负责后台管理的制作(即登录、注册、修改个人信息、修改和找回密码)另一个则负责文件管理的制作(即文件的上传与下载)。后面的三天就是整组四人都将精力放在网站的制作上,一起编写所有程序的代码。我们制作的是文件后台管理系统,既然是管理系统,顾名思义就是一个仓库,所有用户建立的文件和信息都被保存在我们这,而我们所用来装载他们信息和数据的东西就是数据库,对于此网站而言,数据库是最重要的,而最多的时间也是花在数据库的建立、数据库与网站的连接、记录集的绑定、数据库安全等方面。在运行的过程中,数据库出现的问题是最多的,最常见的就是数据库连接错误的问题,不过我觉得应该是自己不够仔细的原因。这个后台文件管理网站能这么顺利的完成,离不开老师的帮助和小组成员的努力,虽然这次小学期实训我们小组只有4人,但是我们是一个有效率、有组织、有团队精神的小组,有效率在于小组制作网站中分工明确、讨论有目的;不仅掌握了动态网站的制作技术而且还制作出了自己的成果,自己非常高兴。
经过这次小学期,我领悟到任何东西都要“学以至用”,学习了还不行还要看自己掌握了没,掌握了还不行还要看自己熟练了没,熟练了还不行还要做出一定成果。团队的力量是强大的,怎样充分发挥团队的力量是我们应该好好考虑的,一个好的团队只需要有一个领导者,其他的人要做的只是服从,对于一个团队来说,最可怕的莫过于思想无法统一、个行其是。我们的小组是很积极的,都是服从组织的,听从组长的安排。而身为组长的我,第一次感觉到了身为组长的难处,给队友的安排工作的时候,是最痛苦的,排轻排重都不对,而刚刚好却又是件那么困难的事,到最后,自己的活和事都是最重,所以真的好辛苦,最重要的是,队友的不配合,让我觉得好委屈,很想哭,但是又觉得自己不能这么软弱,不能因为这么一点小小的困难就被打倒了,再过一年我们就会前往社会,那里的困难会比现在的上N多倍,如果现在这么点困难我就坚持不下去了,那以后又该如何在社会上立足呢?所以,我很努力很坚强,真的就让我坚持下来了。当然实训的过程中我们遇到过更多的是网站代码编写上的问题,不过最后我们都通过问周围其他的同学,老师还有相互的讨论下,一一的解决了。现在变得好有成就感,原来我们也可以做出一个网站来,我们小组不是优秀的团队,很明白就自己的水平是不可能完成的,但是在我们小组合作努力下,我们实现了。很明白他们出了很多的努力。所以很感谢自己小组成员们的努力,我们大家的努力。
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