摘要：随着科学技术的快速发展，工业机械手变得愈发重要，本文主要谈了其应用与意义，并回顾了其发展历史，总结其发展的方向。
关键词：工业；机械手
【分类号】：TP241.2
工业机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的，模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，而工业机器人的高速研制更是促进了机械手的发展，使得机械手能更好的实现机械化与自动化的有机结合。
1工业机械手的应用与意义
机械工业中，机械手在铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实例，尤其是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍，在其他部门如轻工业、建筑业、国防工业等也均有所应用。目前，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相结合，构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适用于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，使加工系统或制造单元结构紧凑，适应性更强。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换代，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。
综上所述，在机械工业中应用机械手的意义可以概括如下：
（1）提高生产过程中的自动化程度。
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，使生产线的自动化程度提高，从而降低生产成本，提高劳动生产率。
（2）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，而机械手可部分或全部代替人工，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。
（3）减轻人力，便于有节奏的生产。
机械手代替人进行工作，可直接减少人力，同时由于机械手可以连续的工作，这也是减少人力的一种体现。因此，在自动化机床的综合加工线上，更适合机械手的加入，而且机械手可以更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的生产。
目前我国的工业机械手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将直接影响到我国自动化生产水平，从经济与技术方面考虑都十分必要。所以，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。
2工业机械手的发展历史
机械手是在早期就有的古机关人基础上发展起来的，我国古代的机关人制造者是最早研究有关机械手、关节活动等问题的。
现代机械手的研究始于20世纪中期。随着计算机技术的发展，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，也为机械手的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这样的背景下，1958年美国联合控制公司研制出了第一台机械手，它的结构是在机体上安装一个回转长臂，并在长臂顶部装配了工件抓放机构，控制系统是示教形的。
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，商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，手臂可以回转、俯仰、伸缩、使用液压驱动，控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran的机械手，该机械手的中央立柱可以回转、升降，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unima公司与斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，通过小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于±1mm。联邦德国KnKa公司也研制出一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
近六十年发展起来的机械手，大致经历了三个时代。第一代为简单个体机械手，属于示教再现型，第二代为群体劳动机械手，其具备了感觉能力，第三代为类似人类的智能机械手，它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力。
3工业机械手的发展方向
目前，国内的机械手发展迅速，归结起来，大都朝着高精度、模块化、节能化和机电一体化这四个方向发展。
（1）高精度
精度是指机械手达到指定点的精确程度，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次数多，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机械手定位不够精确，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械手来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，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。
（2）模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手与组合导向驱动装置相比，拥有更灵活的安装体系，使机械手动作自如。模块化机械手使同一机械手可能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，是机械手的一个重要的发展方向。
（3）节能化
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，新型材料的出现，用构造特殊、自润滑材料制造的无润滑元件组成的机械手，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）机电一体化
由“可编程控制器—传感器—液压元件”组成的典型控制系统仍然是自动化技术发展的重要方向，发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制” 。节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，如今电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在不断增大，由PLC直接控制线圈也变得越来越可能。
在国外，一些国家正在研究具有某种智能的机械手，它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作出相应的变更，如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测。此种机械手的研究重点是视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩。
视觉功能是在机械手上安装电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。工作时电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传输给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工件，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件，手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小的目的。
总之，随着传感技术的发展，机械手装配作业的能力也将进一步提高，更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从根本上改变目前机械制造系统的人工操作状态。
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