機械手臂:機械人技術領域中廣泛應用的裝置-中文百科頻道

類型

機械手臂根據結構形式的不同分為多關節機械手臂，直角坐标系機械手臂，球坐标系機械手臂，極坐标機械手臂，柱坐标機械手臂等。圖1為常見的六自由度機械手臂。他有X移動，Y移動，Z移動，X轉動，Y轉動，Z轉動六個自由度組成。

作用組成

作用

手臂一般有3個運動：伸縮、旋轉和升降。實現旋轉、升降運動是由橫臂和産柱去完成。手臂的基本作用是将手爪移動到所需位置和承受爪抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量等。

組成

手臂由以下幾部分組成：

（1）運動元件。如油缸、氣缸、齒條、凸輪等是驅動手臂運動的部件。

（2）導向裝置。是保證手臂的正确方向及承受由于工件的重量所産生的彎曲和扭轉的力矩。

（3）手臂。起着連接和承受外力的作用。手臂上的零部件，如油缸、導向杆、控制件等都安裝在手臂上。

此外，根據機械手運動和工作的要求，如管路、冷卻裝置、行程定位裝置和自動檢測裝置等，一般也都裝在手臂上。所以手臂的結構、工作範圍、承載能力和動作精度都直接影響機械手的工作性能。

設計要求

1、手臂應承載能力大、剛性好、自重輕

手臂的剛性直接影響到手臂抓取工件時動作的平穩性、運動的速度和定位精度。如剛性差則會引起手臂在垂直平面内的彎曲變形和水平面内側向扭轉變形，手臂就要産生振動，或動作時工件卡死無法工作。為此，手臂一般都采用剛性較好的導向杆來加大手臂的剛度，各支承、連接件的剛性也要有一定的要求，以保證能承受所需要的驅動力。

2、手臂的運動速度要适當，慣性要小

機械手的運動速度一般是根據産品的生産節拍要求來決定的，但不宜盲目追求高速度。

手臂由靜止狀态達到正常的運動速度為啟動，由常速減到停止不動為制動，速度的變化過程為速度特性曲線。

手臂自重輕，其啟動和停止的平穩性就好。

3、手臂動作要靈活

手臂的結構要緊湊小巧，才能做手臂運動輕快、靈活。在運動臂上加裝滾動軸承或采用滾珠導軌也能使手臂運動輕快、平穩。此外，對了懸臂式的機械手，還要考慮零件在手臂上布置，就是要計算手臂移動零件時的重量對回轉、升降、支撐中心的偏重力矩。偏重力矩對手臂運動很不利，偏重力矩過大，會引起手臂的振動，在升降時還會發生一種沉頭現象，還會影響運動的靈活性，嚴重時手臂與立柱會卡死。所以在設計手臂時要盡量使手臂重心通過回轉中心，或離回轉中心要盡量接近，以減少偏力矩。對于雙臂同時操作的機械手，則應使兩臂的布置盡量對稱于中心，以達到平衡。

4、位置精度高

機械手要獲得較高的位置精度，除采用先進的控制方法外，在結構上還注意以下幾個問題：

（1）機械手的剛度、偏重力矩、慣性力及緩沖效果都直接影響手臂的位置精度。

（2）加設定位裝置和行程檢測機構。

（3）合理選擇機械手的坐标形式。直角坐标式機械手的位置精度較高，其結構和運動都比較簡單、誤差也小。而回轉運動産生的誤差是放大時的尺寸誤差，當轉角位置一定時，手臂伸出越長，其誤差越大；關節式機械手因其結構複雜，手端的定位由各部關節相互轉角來确定，其誤差是積累誤差，因而精度較差，其位置精度也更難保證。

5、通用性強，能适應多種作業；工藝性好，便于維修調整

以上這幾項要求，有時往往相互矛盾，剛性好、載重大，結構往往粗大、導向杆也多，增加手臂自重；轉動慣量增加，沖擊力就大，位置精度就低。因此，在設計手臂時，須根據機械手抓取重量、自由度數、工作範圍、運動速度及機械手的整體布局和工作條件等各種因素綜合考慮，以達到動作準确、可靠、靈活、結構緊湊、剛度大、自重小，從而保證一定的位置精度和适應快速動作。此外，對于熱加工的機械手，還要考慮熱輻射，手臂要較長，以遠離熱源，并須裝有冷卻裝置。對于粉塵作業的機械手還要添裝防塵設施。

工程應用

大腦控制手臂

該機械臂由用戶的頭腦完全控制，靈巧到足以拿起一個玻璃杯，在沒有其他人幫助的情況下喝掉一杯飲料。這個機械臂的創造者一個研究小組，成員來自于加州理工學院等機構，其中，神經芯片被植入Sorto的大腦後頂葉皮層（PPC）。

該機器臂控制芯片植入位置與之前其他癱瘓用戶控制機械臂的植入位置不同，通常情況下，這種控制芯片植入位置是控制肌肉的大腦區域，而PPC是控制我們行動意圖的區域，移動，并讓Erik Sorto控制的機械臂更加流暢和自然地運動。Erik Sorto要做的就是思考他打算做什麼，并通過大量的練習，能夠使機械臂進行他正在考慮的任務。