机械手设计_开题报告
沈 阳 工 程 学 院
毕业设计（论文）开题报告
课程名称： 机械手设计
专 业： 机械制造与自动化
班 级： 机制专101
学 号： **********
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1、课题来源
目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往流水线上的作业
工作还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。而随着电子技术特别是电子
计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一
门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和
自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳
动强度，提高劳动生产力。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和
移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种
新型装置。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组
装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普
近年来，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重
要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应
性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对
路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器
人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平
低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技
术上考虑都是十分必要的。为此，我们把设计制作输送线上助力搬运机械手作为
我们研究的课题。
2、研究的目的、意义
2.1 课题研究的目的
现代汽车制造工厂的生产流水线，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。
现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:
(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等)；
液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而
且影响执行部分的运动平稳性及正确性。
(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特
(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。
(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用
维护需要较高技术水平。
鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点:
(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而
后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵
塞，不存在介质变质及补充的问题.
(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般仅
为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动
那样，造成压力明显降低和严重污染。
(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需
的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。
(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况
时，机器及其工艺流程不致突然中断。
(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶
劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度
变化影响传动及控制性能。
(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材
质和加工精度要求，制造容易，成本较低。
传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高
精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，
抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，
而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动
机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化
领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。
2.2 课题研究的意义
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
在线编程和离线编程的特点
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。
3、国内外研究现状和发展趋势
3.1 国内的研究现状
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。
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。目
前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、品种、性能方面
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。

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