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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
論 文 題 目： 螺栓裝配機械手結構設計學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設計制造及其自動化 生 姓 名：
畢業(yè)論文（設計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文
（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù)
1. 論文（設計）題目及研究領域；
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；
3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
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一、選題依據(jù)1、研究領域
機械結構設計，CAD。
2、論文（設計）工作的理論意義和應用價值
機械手正處于一個蓬勃發(fā)展的階段，它實現(xiàn)了實用化與商品化，在先進的工業(yè)發(fā) 達國家里，機械手的開發(fā)與研制正在形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)。機械手是自動執(zhí)行工作的 機器裝置，是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過 程中機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內 迅速發(fā)展起來的一門技術。機械手操作的準確性和在各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在 國民經(jīng)濟領域有著廣闊的發(fā)展前景。
機械手己廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。產(chǎn)業(yè)部門應用最多 的是汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機械制造等行業(yè)也有普遍應用。 機械手的應用可以改善勞動條件、避免人身事故；在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰 塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中應用；可以 減少人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，可以改善勞動條件、減少安全事故 ；可以提高經(jīng)濟效益，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，減少人工勞動力引起的支出；可以提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質量， 使產(chǎn)品實現(xiàn)高精度、高質量的生產(chǎn)；可以增加產(chǎn)品的生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)過程的自動
化程度，提高了生產(chǎn)效率。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在裝配線上，螺栓的裝配是一項很繁瑣的工作。對于裝配螺栓的機械工具，國內 外研究成果顯著。包括手動扳手、電動扳手、液壓扳手、氣動扳手、 裝配機械手等工具，這些工具不僅節(jié)省人力，而且方便實用。眾多國內外學者針對如何利用機械工 具代替人工完成螺栓連接的裝配這一繁瑣工作展開了深入研究。國內對于擰螺栓工具 以及機械手的研究亦獲得了相當多的成果。機械手一般由執(zhí)行機構、驅動裝置、檢測 裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。機械手大致可以分為以下幾種，按用途分：專用 機械手、通用機械手；按主要功能分：操作機械手、移動機械手、信息機械手、人機 機械手；按坐標系統(tǒng)來分：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節(jié)型；按受控方 式分: 點位控制型、連續(xù)控制型；按驅動方式分: 液壓傳動機械手、氣壓傳動機械手、電力傳動機械手等。
我國從第七個五年計劃開始，政府大大加大了機械手的重視程度，并且為此項目 投入大量的資金，在眾多學者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造一系列的機械
手，其中有北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機械手，廣州機床研究所和北京機 床研究所合作設計的電焊機械手，大連機床研究所設計制造的氬弧焊機械手，沈陽工 業(yè)大學設計制造的裝卸載機械手等。這些機械手的控制器，都是由中國科學院沈陽自 動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機械手關鍵部 件也被開發(fā)出來，如機械手專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機等，編碼器等。我國 機械手的起步較晚，相信在不久的將來，機械手在我國會被廣泛應用。作為國產(chǎn)自主 創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達機械手目前在國內制造業(yè)市場中份額每年逐漸攀升，廣東拓斯 達機械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識產(chǎn)權、核心技術和關鍵技術，以及 戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進制造業(yè)產(chǎn)品。
國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制模塊化、智能化的機械手。使它具有一定的 傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，既能更 正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。視覺功 能即在機械手上安裝有點視照相機和光學測距儀以及微型計算機。觸覺功能是在機械 手上安裝有觸覺反饋控制裝置；隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一 步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變 目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。目前裝配機械手的發(fā)展趨勢是：
（1） 向多元化、高精度發(fā)展；
（2） 向精密、自動化、智能化方向發(fā)展；
（3） 向標準化、模塊化方向發(fā)展；
（4） 機電一體化發(fā)展。
總之國內企業(yè)只有不斷引進吸收國外先進技術，進行自主創(chuàng)新并在機械手機構 加大研發(fā)力度，國內螺栓裝配設備才能取得長足發(fā)展，才能走向世界。
二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題
（1） 螺栓裝配機械手總體結構的方案設計
（2） 螺栓裝配機械手的詳細結構設計
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
（1） 收集裝配機械手相關的文獻資料，掌握其機械手的結構組成及工作原理， 各部件功能；
（2） 根據(jù)機械手的初始條件，確定了機械手的總體方案的設計，機械手的坐標 形式和自由度的確定，運動空間的計算等；螺栓裝配機械手的工作過程：
1 基座 2 立柱 3 手臂 4 手腕及手爪
圖 1 螺栓轉配機械手的方案簡圖
①手臂 3 繞立柱 2 轉動 90 度；
②手爪在抓取螺栓頭并保持夾緊狀態(tài)；
③手臂 3 繞著立柱 2 轉回 90°；
④機械手整體沿著導軌水平運動，手臂 3 在沿著立柱 2 移動；通過水平方向與垂直方向實現(xiàn)對機械手的手抓位置調節(jié)，從而保證螺栓與螺栓孔的精確定位；
⑤手爪的旋轉帶動螺栓轉動，同時手臂沿著軸線方向進給，將螺栓旋緊；
⑥手爪張開，手臂 3 回到初始位置，循環(huán)到下一個裝配動作。
（3） 對機械手的驅動方式、動力機構、回轉機構、移動機構、手爪執(zhí)行機構等 進行詳細的設計與計算，包括電機的選型，軸承的選擇，軸的結構設計等做了具體計 算；
（4） 繪制裝配圖及主要零件圖，編寫設計說明書。3.本論文（設計）預期取得的成果
（1） 一套完整的螺栓裝配機械手的裝配圖及零件圖；
（2） 一份螺栓裝配機械手的設計說明書；
（3） 一篇外文文獻翻譯。
三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）
(1) 根據(jù)螺栓裝配的工藝要求，設計一種四個自由度機械手實現(xiàn)對螺母的抓取、定 位、旋緊等一系列動作，確定機械手的總體設計方案，進而采用傳統(tǒng)的理論力 學計算方法和現(xiàn)代計算機輔助設計方法對機械手各組成部件完成設計。
(2) 機械手主要的參數(shù)夾持力：250N；
機械手的移動速度：5m/min；
手爪夾持螺母的尺寸范圍：M10-M40； 自由度：4個；
機械手結構類型：采用圓柱坐標式與直角坐標式組合的形式。
2. 論文（設計）進度計劃
第 1-4 周:根據(jù)畢業(yè)設計任務書要求，收集參考文獻資料，撰寫開題報告等；
第 5 周:擬定螺栓裝配機械手結構設計方案；
第 6-8 周:機械手的動力機構，回轉機構，移動機構，夾持機構及關鍵元器件的選擇計算；
第 9-10 周:繪制機械手的裝配圖，各零部件的圖紙； 第 11-12 周:繪制裝配機械手組件或部件 3D 圖；
第 13 周:書寫畢業(yè)設計說明書，翻譯與本設計相關的英文文獻；
第 14 周:準備畢業(yè)設計答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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[3] 張博,圓柱坐標型機械手結構與控制系統(tǒng)設計[J].北京大學工程訓練中心,2014.
[4] 汪新中.平面關節(jié)型裝配機器人擰螺釘手抓的研究[J].機電工程,2015,25(9):18-20.
[5] 楊育林, 包倩倩, 段昌生, 趙楠楠. 車輪裝配機械手氣動控制系統(tǒng)設計[J]. 制造技術與機床,2017,(08):131-134.
[6] 郭洪武.淺析機械手的應用與發(fā)展趨勢[D].山西華電廣靈風力發(fā)電有限公司，2012.
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[8] 張兆陽. 一種適合狹窄空間下零部件裝配機械手的設計與研究[D].燕山大學,2013.
[9] 陳國良,黃心漢,周祖德.微型裝配機器人系統(tǒng)[J].機械工程學報,2014,45(2):288-293.
[10] 羅璟,劉克定,陶湘廳等.工業(yè)機器人的控制策略探討[J].機床與液壓,2016,36(10):95-100.
[11] 楊帥, 鄒智慧. 多自由度工業(yè)機器人運動控制系統(tǒng)的研究[J]. 制造業(yè)自動化,2013, 35(5):117-121.
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[14] Alexander Winkler, Jozef Suchy. Robot Force/Torque Control in Assembly Tasks[J]. IFAC Proceedings Volumes, 2013,46(9):796-801.
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[16] Han Yuan, Zheng Li. Workspace analysis of cable-driven continuum manipulators based on static model[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2017,49(2): 240-252.
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附：文獻綜述
文獻綜述
1.機械手的目的與意義
機械手是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編 排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代 人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。有些人認為，最高級的機 械手要做的和人一模一樣，其實非也。實際上，機械手是利用機械傳動、現(xiàn)代微電子 技術組合而成的一種能模仿人某種技能的機械電子設備，他是在電子、機械及信息技 術的基礎上發(fā)展而來的。然而，機械手的樣子不一定必須像人，只要能獨立完成一些 人類的技能或有一定危險性的工作，就屬于機械手大家族的成員。
機械手己廣泛地應用于工業(yè)、國防、科技、生活等各個領域。產(chǎn)業(yè)部門應用最多 的市汽車工業(yè)和電子工業(yè)，在金屬加工、塑料成型、機械制造等行業(yè)也有普遍應用， 并逐漸向纖維加。食品工業(yè)、家用產(chǎn)品制造等行業(yè)發(fā)展。焊接作業(yè)包括點焊和弧焊， 是機械手用得最多的作業(yè)之一。機械手對于改善勞動條件、減少安全事故 ，減少人受危險環(huán)境的傷害等方面都有顯著的效果。蘭州交通大學王世偉【1】提出鑒于螺栓裝 配與拆卸作業(yè)是制造業(yè)中重復性高、勞動強度大的一項工作,因此有必要設計實現(xiàn)螺栓 自動裝配的工業(yè)機器人。
2 .機械手的結構組成
機械手一般由執(zhí)行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。執(zhí)行機構即機械手本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構，其中的運動副常稱
為關節(jié)，關節(jié)個數(shù)通常即為機械手的自由度數(shù)。出于擬人化的考慮，常將機械手本體 的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部和行走部等。
驅動裝置是驅使執(zhí)行機構運動的機構，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動 力元件使機械手進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機械手使用 的驅動裝置主要是電力驅動裝置，此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。
檢測裝置的作用是實時檢測機械手的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系 統(tǒng)，與設定信息進行比較后，對執(zhí)行機構進行調整，以保證機械手的動作符合預定的 要求。
控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機械手的全部控制由一臺微型計算 機完成。另一種是分散式控制，即采用多臺微機來分擔機械手的控制。根據(jù)作業(yè)任務 要求的不同，機械手的控制方式又可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制和力控制。
3. 機械手的分類
（1） 按用途分：
專用機械手：它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。 專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、實用可靠和造價低等特點，適用 于大批量的自動化生產(chǎn)。南京工業(yè)大學舒志斌【2】等人指出專用機械手控制系統(tǒng)設計 與分析。
通用機械手：它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械
手。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變化生產(chǎn)品種的 中小批量自動化的生產(chǎn)。
（2） 按坐標系統(tǒng)來分：
直角坐標型：只具有移動關節(jié)，它的特點是結構簡單，定位精度高，適用于主機 位置成行排列的場合。但是由于占地面積大而工作范圍小以及靈活性差，限制了它的 使用范圍。
圓柱坐標型：具有一個轉動關節(jié)、其余為移動關節(jié)的機械手。它與直角坐標式相 比較，占地面積小且活動范圍大，結構較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應用 較廣泛。但由于機械手結構的關系，移動的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的 物件。北京大學工程訓練中心張博【3】指出了圓柱坐標型機械手結構與控制系統(tǒng)的設 計。
球坐標型：具有兩個轉動關節(jié)、其余為移動關節(jié)的機械手。這種機械手手臂的俯 仰運動能抓取地面上的物件，為了使手部能適應被抓取物件方位的要求，常常設有手 腕上下擺動，使其手部保持水平位置或其它狀態(tài)。這種機械手具有動作靈活，占地面 積小而工作范圍大等特點，它適用于沿伸縮方向向外作業(yè)的傳動形式。但結構復雜， 此外手臂擺角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大。
關節(jié)型：具有三個轉動關節(jié)的機械手。它的特點是工作范圍大，動作靈活，通用 性強，能抓取靠近機座的物件，并能繞過機體和工作主機之間的障礙物去抓取物件。 但是關節(jié)式機械手的手指定位是由各個關節(jié)相互轉角來決定的，所以定位精度較差， 控制裝置和機械結構比其它形式的機械手均復雜。杭州電子科技大學機械工程學院汪 新中【4】設計了一種擰螺釘多關節(jié)機械手，其手部采用結構較復雜的機械夾持實現(xiàn)螺 釘?shù)膴A持，保證螺釘?shù)臏蚀_定位和高可靠性。
（3） 按受控方式分:
點位控制型：它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的 位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復雜性。
連續(xù)控制型：它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設定點為無限的， 整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動，并且使用范圍廣，但電氣 控制系統(tǒng)復雜。
（4） 按驅動方式分:
液壓傳動機械手：其主要特點是抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、 動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大影響， 且不宜在高溫、低溫下工作。
氣壓傳動機械手：其主要特點是介質來源較方便、氣動動作迅速、結構簡單、成 本低。但是由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低， 適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作；燕山大學機械工程學院楊育林 等【5】提出針對不同重量車輪的裝配問題,提出了一種新型機械手氣動控制系統(tǒng),該控制 系統(tǒng)通過對減壓閥的結構進行改良,僅用一個平衡回路完成空載和負載之間的無級切 換。
電氣傳動機械手：即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅 動執(zhí)行機構運動的機械手，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線 電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。
4. 國內外的發(fā)展狀況
機械手首先是從美國開始研制的，美國聯(lián)合控制公司首先研制出第一臺機械手， 它的結構是：機體上安裝一個回轉臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機構，控制系統(tǒng)是
示教形的，隨著計算機和自動控制技術的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機械將進入高度自動化和智能 化時期，機械手機器人的應用可以提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量,改善勞動條件,解決勞 動力不足等問題構成。
從第七個五年計劃開始，我國政府大大加大了工業(yè)機器人的重視程度，并且為此 項目投入大量的資金，在眾多學者及研究人員的參與下，研究開發(fā)并且制造一系列的 工業(yè)機器人，其中有北京機械自動化研究所設計制造的噴涂機器人，廣州機床研究所 和北京機床研究所合作設計的電焊機器人，大連機床研究所設計制造的氬弧焊機器 人，沈陽工業(yè)大學設計制造的裝卸載機器人等。這些機器人的控制器，都是由中國科 學院沈陽自動化研究所和北京科技大學機器人研究所開發(fā)的。與此同時，一系列的機 器人關鍵部件也被開發(fā)出來，如機器人專用軸承，減震齒輪，直流伺服電機等，編碼 器等。我國機械手的起步較晚，相信在不久的將來，機械手在我國會被廣泛應用。作 為國產(chǎn)自主創(chuàng)新品牌的廣東拓斯達機械手目前在國內制造業(yè)市場中份額每年逐漸攀 升，廣東拓斯達機械手榮獲廣東省名牌產(chǎn)品，并且擁有自主知識產(chǎn)權、核心技術和關 鍵技術，以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進制造業(yè)產(chǎn)品。
國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感 能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并 自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。視覺功能即在 機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀以及微型計算機。工作是電視照相機將物體 形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并 發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。 工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作 用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內的敏感元件來控制，達 到自動調整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一 步提高。更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變 目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。山西華電廣靈風力發(fā)電有限公司郭洪武【6】指出 了機械手的概念,發(fā)展歷史,以及機械手在國內外的研究動態(tài)。
國外機械手的控制類型大致可分為四類：①簡易控制型機械手，定位用機械制動 器或者行程開關，這種機械手結構簡單，價格便宜，在一般的上下料作業(yè)中較為適用；
②示教再現(xiàn)控制的機械手，UNIMATE 型機械手是示教再現(xiàn)的控制系統(tǒng)，日本川崎重工生產(chǎn)的川崎 UNIMATE 機械手也屬于此類；③用電子計算機群控多臺機械手，若在一條生產(chǎn)線上使用多臺機械手，往往用一臺小型計算機控制幾臺機械手，這樣成本大 大降低，自動化程度反而提高；④智能機械手，機械手具有視覺、觸覺、嗅覺等感覺 機能，還能識別圖形，進行分析判斷，可以行走等。該類機械手目前仍處于實驗階段。 我國機械手的控制類型分為：①全繼電器控制，控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都用繼電器進行 控制，它適用于專用的或通用的具有固定程序或可變程序的機械手。定位方式采用機 械制動器，此類型控制形式都稱為簡易型，具有線路簡單，成本低等優(yōu)點，缺點是動 作速度慢，體積較大，定位精度較差；②無觸點程序控制的通用機械手，這種機械手 在國內已經(jīng)有了比較成熟的制造經(jīng)驗，研制單位甚多。優(yōu)點是通用性強，程序變換簡 單可靠，循環(huán)周期短，提高機械手的工作效率；③簡易數(shù)控機械手，簡易數(shù)控分為開 環(huán)和閉環(huán)兩種，優(yōu)點是定位精度高，反應速度快，可實現(xiàn)多點停留和連續(xù)軌跡的運動 方式。
國外機械手定位在發(fā)展初期，由于技術的不成熟，利用氣壓驅動的機械手的定位 精度很低，更無法實現(xiàn)在任意位置的起停，能靠氣缸兩個終點位置來實現(xiàn)機械手的定 位，無法實現(xiàn)機械手在任意位置得起停。以早期的氣動機械手不能實現(xiàn)任意位置的定 位，因此大大限制氣動工業(yè)機械手的發(fā)展隨著氣動技術的發(fā)展，氣動伺服技術的出現(xiàn)
實現(xiàn)了氣缸在任意位置定位，世界上各國都相繼開發(fā)出了可在任意位置實現(xiàn)起停的氣 動工業(yè)機械手，且定位精度可以達到±0.5mm，如日本 SMC 公司、德國 FESTO 公司等。氣動伺服技術的出現(xiàn)，大大提高了氣動機械手的定位精度，實現(xiàn)了氣動機械手在 任意位置的定位，擴大了氣動機械手在自動化領域的應用范圍。國內應用的機械手定 位方法有機械方法，電氣控制方法，機械擋塊的方法。電氣定位方法可分為簡易型與 伺服型兩類。上海電器塑料廠 15 克立式注塑機采用簡易數(shù)控機械手，能達到給定精度約 5 毫米，重變定位精度±1 毫米左右；一機部機械院機電所與北京汽車廠合制的CJS-1 機械手采用點位計檢測的定位方法，配合液壓節(jié)流緩沖，重復定位精度約為±3 毫米。
美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫 Versatran 機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮，采用液壓驅動，控制系統(tǒng)也是 示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機械手發(fā)展的基 礎 。 美 國 Unimate 公 司 和 斯 坦 福 大 學 、 麻 省 理 工 學 院 聯(lián) 合 研 制 一 種Unimate-Vic-arm 型工業(yè)機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于±1 毫米。美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。比如 Unimate 公司建立了 8 年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。把故障前平均時間，由 400 小時提高到 1500 小時，精度可提高到±0.1 毫米。
德國 KnKa 公司還生產(chǎn)一種點焊機械手，采用關節(jié)式結構和程序控制。
瑞士 RETAB 公司生產(chǎn)一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。
日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應用最多的國家。自 1969 年從美國引進兩種典型機械手后，大力研究機械手。在數(shù)量上已占世界首位，約占 70%，并以每年 50%～60% 的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。
5. 機械手未來的發(fā)展趨勢
機械手在許多生產(chǎn)領域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生 產(chǎn)率和產(chǎn)品質量以及經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用， 引起了世界各國和社會各層人士的廣泛興趣。在新的世紀，機械手工業(yè)必將得到更加 快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。山西華電廣靈風力發(fā)電有限公司郭洪武【6】淺析了機 械手的應用與發(fā)展趨勢。從近年世界機械手推出的產(chǎn)品看，未來機械手具有如下的發(fā) 展趨勢：
（1） 重復高精度
精度是指機械手達到指定點的精確程度，它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有 關。重復精度是指如果動作重復次數(shù)多，機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度 比精度更重要，如果一個機械手定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤 差是可以預測的，因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范 圍，它通過一定次數(shù)地重復運行機械手來測定。隨著微電子技術和現(xiàn)代控制技術的發(fā) 展，機械手的重復精度將越來越高，它的應用領域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè) 等。
（2） 模塊化
有的公司把帶有系列導向驅動裝置的機械手稱為簡單的傳輸技術，而把模塊化拼 裝的機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術。模塊化拼裝的機械手比組合導向驅動裝置更具靈活的 安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導向系統(tǒng)裝置，使機械手動作自如。模塊 化機械手使同一機械手可能應用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用 范圍，是機械手的一個重要的發(fā)展方向。
（3） 節(jié)能化
為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求不 加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術的進步，新型材料的出現(xiàn)，構造 特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡 單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。
（4） 機電一體化
由“可編程控制器—傳感器—液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技 術的重要方面；發(fā)展與電子技術相結合的自適應控制液壓元件，使液壓技術從“開關 控制”進入到高精度的“反饋控制” ；節(jié)省配線的復合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越 來越小，而 PLC 的輸出功率在增大，由 PLC 直接控制線圈變得越來越可能。
（5） 控制智能化
機械人的控制智能化由引導教向 NC，離線編程發(fā)展，進而發(fā)展到進一步應用。隨著系統(tǒng)化、集成化生產(chǎn)的發(fā)展，基于 PC 的開放式控制系統(tǒng)將機械手控制和車間一級控制的發(fā)展方向。
綜上所述，本次的畢業(yè)設計主要是通過對螺栓裝配機械手結構設計的研究，并分 析常用機械手的特點，確定自己所設計的機械手機構，運用 CAD 的軟件把裝配圖及其原理圖繪制出。并進行裝置的可實施性進行分析判斷，最終完成本次螺栓裝配機 械手的結構設計。