機(jī)械手臂在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

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1國(guó)內(nèi)機(jī)械手臂發(fā)展概況

在國(guó)內(nèi)對(duì)兩條機(jī)械臂機(jī)器人的科研大概只有5～6年的時(shí)間，尚處與模仿和學(xué)習(xí)階段。也可以這樣說(shuō)，我國(guó)對(duì)于兩條機(jī)械臂機(jī)器人的研究才剛開(kāi)始接觸。由于受到相關(guān)資料和科研要求的限制,當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)兩條機(jī)械臂機(jī)器人的科研大多就相關(guān)行動(dòng)路線規(guī)劃、動(dòng)力學(xué)及調(diào)控這些內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，幾年前我國(guó)雙機(jī)械臂機(jī)器人行業(yè)生產(chǎn)情況并不樂(lè)觀，2014年僅僅只有8臺(tái)，2015年訂單變?yōu)?0臺(tái)，之后便是以翻倍的速度上漲，2016年為122臺(tái)，2017年更是達(dá)到了220臺(tái)。雖然我國(guó)有著廣大市場(chǎng)，但是綜合分析，由于我國(guó)在雙機(jī)械臂機(jī)器人領(lǐng)域或者說(shuō)在工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，行業(yè)資源，核心技術(shù)都比較欠缺，應(yīng)用不是很廣泛[1]。

2機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中的機(jī)械手臂的應(yīng)用

2.1機(jī)械手臂的分類

2.1.1直角坐標(biāo)型機(jī)械手

這種形式的機(jī)械手他的精度和方位不跟著工作空間的變動(dòng)而改變，很輕松的就可以獲得高的精度。然而，這種類型的機(jī)械手操作空間很小，手臂收回的同時(shí)又朝相對(duì)的反方向伸出，因此會(huì)阻礙工作的正常操作，并且這種機(jī)械手占地空間要求大，會(huì)很占地方。

2.1.2圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手

該類型機(jī)械手能夠繞著中心軸轉(zhuǎn)一定角度，其工作空間也可以變大，相關(guān)計(jì)算方法較簡(jiǎn)潔；直線移動(dòng)的部位運(yùn)用氣壓傳動(dòng)，這樣可以做到輸出功率更大化，能夠順延到機(jī)體[2]。不過(guò)，它的手部能夠到達(dá)的空間局限性很大，不可以到達(dá)靠近柱子或接近大地區(qū)域；平行移動(dòng)的傳動(dòng)部分的密封、防油等工作比較困難；小臂在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，小臂后端可能接觸工作空間中的其他物件。

2.1.3球坐標(biāo)(極坐標(biāo))型機(jī)械手

該類型的機(jī)械手用三個(gè)包括移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)關(guān)節(jié)來(lái)確定目標(biāo)的地方，通常需要加上一個(gè)旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)以此來(lái)確定目標(biāo)的位姿。該類型機(jī)械手可以圍繞一個(gè)主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，中心主軸區(qū)域的作業(yè)空間很大。但是該機(jī)械手比較復(fù)雜，操控起來(lái)很不方便，而且直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)依然有密封及作業(yè)死角的難題。

2.1.4多關(guān)節(jié)型機(jī)械手

該類型機(jī)械手臂是一種比較適合接近目標(biāo)操作的傳動(dòng)方式。它像人的手臂一樣有多個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)，可以達(dá)到幾個(gè)自由度共同作業(yè)的目的，行動(dòng)起來(lái)十分的靈便。該種形式機(jī)械手有大臂和小臂的運(yùn)動(dòng)，以及肘部位和肩部位等各個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)[3]?？梢宰鰯?shù)個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，作業(yè)空間很大，行動(dòng)靈便，通用性很好，但是定位的精度不太好，調(diào)控裝備十分繁瑣。該種形式機(jī)械手擁有上肢的部分結(jié)構(gòu)，有類似于人工操作的性能。

2.2機(jī)械手臂的組成

機(jī)械手臂[4]主要有四個(gè)大部件：1）爪部，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來(lái)引導(dǎo)手抓執(zhí)行末端的張合。2）腕部，腕部的作用是連接手抓和機(jī)械臂的傳動(dòng)部分，腕部的動(dòng)作主要是為了改變夾持目標(biāo)的位置，該部位活動(dòng)靈便，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性很小。3）臂部，機(jī)械臂是機(jī)械手重要的組成部分之一，機(jī)械臂主要起到支撐和傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的作用，是極其重要的部分之一。4）機(jī)身，機(jī)身是具有支承的作用，也是用來(lái)傳動(dòng)手臂動(dòng)作的部件。

3機(jī)械手臂的應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)對(duì)人類發(fā)展具有重要意義，機(jī)械手臂在航天航空試驗(yàn)測(cè)試、多自由度模擬仿真、多自由度動(dòng)感娛樂(lè)、多自由度精密加工、機(jī)器人、機(jī)械升降平臺(tái)、汽車壓機(jī)、汽車制造設(shè)備、機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線、鋼鐵連鑄、石油化工、物料搬運(yùn)、注塑機(jī)、模具控制、閥門控制、精密機(jī)床、制藥機(jī)械、食品工業(yè)等領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械手臂不僅僅促進(jìn)了工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，而且也滿足了我們的日常生活的需求。然而，在我國(guó)，機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)仍存在著許多的缺陷，在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用還不是很完美，需要相關(guān)技術(shù)人員繼續(xù)努力創(chuàng)新，將設(shè)計(jì)理論應(yīng)用的實(shí)際中，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工程領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳峰，丁富強(qiáng)，趙錫芳.雙臂機(jī)器人無(wú)碰撞運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J].機(jī)器人，2002(2)：112-114+121.

[2]王美玲.面向救援任務(wù)的雙臂機(jī)器人協(xié)作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制方法研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2015.

[3]吳偉國(guó)，李海偉.仿猿雙臂手機(jī)器人連續(xù)擺蕩移動(dòng)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，51(7)：33-41.

[4]鐘琮瑋.仿人型乒乓球機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)控制方法研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011：1-5

作者：康金有 單位：河北工程大學(xué)