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  • 这篇文章是接着之前三篇《常见仿人机械手种类介绍...也正如这篇短文题目所言,我将通过机械手在不同应用领域——假肢机械手(Prosthetic Hand)和机器人机械手(Robotics Hand)分类,来更有逻辑性地展开文章讨论...

    这篇文章是接着之前三篇《常见仿人机械手种类介绍与性能展示》后的总结与归纳,希望能在如下三点做一个拔高的整体讨论与陈述:
    1. 机械手的欠驱动和全驱动方案选择;
    2. 机械手的传动方案选择;
    3. 机械手的仿生与紧凑性设计
    也正如这篇短文题目所言,我将通过机械手在不同应用领域——假肢机械手(Prosthetic Hand)和机器人机械手(Robotics Hand)的分类,来更有逻辑性地展开文章讨论。首先是分类如下:

    如上图所示,在不完全统计的30种常见的仿人机械手:
    机器人应用领域(Robotics):24种,其中有6种为商业产品(Schunk Shadow Festo Barrett Allegro Robotiq),其余18种为出自高校及研究所的科研成果;
    假肢应用领域(Prosthetic):6种,皆为商业产品;
    (注:其中Pisa/IIT和Washington Hand也同时具有假肢领域应用的潜力,根据目前的主要应用成果,将其归为Robotics)

    欠驱动和全驱动方案选择:



    虽然说一直以来关于欠驱动或者全驱动机械手的选择一直都是一个各方面性能的权衡与比较,但在这30款不完全统计的机械手中,欠驱动机械手所占的比例实在太高:有26款的机械手采取了欠驱动的方案。
    结论:这是世界上整个机械手研究的Community做出的选择——欠驱动机械手在现有的技术条件下,是更优的选择。
    (注:Schunk和DLR-IIT从严格意义上来说也该属于欠驱动机械手。但是其设计更优化:即在某些功能性需求较高的手指,诸如食指(Index)和大拇指(Thumb)采取了全驱动的设计,而在其余手指采取了欠驱动的设计。因此在统计上,我将这两款机械手放在了两类之间。)

    机械传动结构:



    机械手机械传动机构的选择对于机械手设计至关重要:一方面,其决定了机械设计的难易、复杂程度以及成本,另外一方面则直接影响机械手传动的效率和可靠性。

    首先我们能够看到,在所有的30种统计到的机械手种,有15种机械手的机械传动结构是Tendon Driven,即线传动,因此Tendon Driven算是较为普遍传动方式的选择。
    但这15种Tendon Driven (线传动)的机械手,无一例外都是属于机器人领域应用,且只有Shadow Hand这一款机械手是商业产品,其余都是出自高校和实验室。
    而在假肢应用领域的机械手种,Tendon Driven则没有被任何一款机械手采用。
    (注:如Schunk Hand同时采用了连杆和齿轮的传动方案,因此放在两个方案圆圈的交汇处)
    结论:
    从30款机械手的统计结果和我两年的时间里设计两款机械手的经验来看,在传动方式的选择上:Tendon Driven(线驱动)给机械手这样一个狭小、精密空间的传动设计上带来了极大的灵活性,一定程度上可以极大简化设计难度和系统的复杂性,但在现有的技术条件下,其传动的可靠性与传动的效率都要远远劣于传统的传动方式——连杆、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、带传动以及滚珠丝杠等。
    简单来说:对于高校及研究所这类刚起步需要设计机械手的情况,Tendon Driven不失为一种很好的选择。但作为企业层面的产品(注重可靠性),更加推荐选择传统传动方式——连杆、蜗轮蜗杆、齿轮齿条、带传动以及滚珠丝杠等。

    仿生和紧凑性设计:





    仿生(Anthropomorphic):简单来说,就是机械手的设计是否像真实的人手。这一点对于未来产品化和市场化非常重要;
    紧凑性(Compact):整体机电系统设计的集成度和紧凑度,具体体现在驱动电路和电机是否独立集成在机械手本体上。这点对于机械手是否能够方便集成在机器人或者应用于残障人士作为假肢也有着重要意义;
    简单来说从上图种可以看到:假肢领域应用的机械手在这两点性能上要远优于机器人领域应用的机械手。
    而在机器人领域应用的机械手中,我又大致分成了如下四类:
    1. 蓝色区域:同时具有良好的仿生和紧凑性设计的机械手;
    2. 红色区域:具有良好的仿生设计,但系统的紧凑性程度不高的机械手,多为全驱动机械手和DoA数目较多的欠驱动机械手;
    3. 绿色区域:具有良好紧凑性,但拟人化一般的机械手,这类机械手多为高校、研究所自行设计研究的科研产物;
    4. 黄色区域:具有良好紧凑型,但拟人化设计较差的机械手,这类机械手更多关注设计的低成本与可靠性,为了达到高功能性而牺牲了拟人化的性能。
    关于假肢领域应用的机械手在这两点性能上要远优于机器人领域应用的机械手的原因,我个人的观点如下:
    · 假肢领域应用的机械手基本都是出自于公司,而机器人领域应用的机械手大多出自于高校/实验室,小部分出自于公司作为商业产品。要承认目前大多数机器人研究所/高校,在这类硬件系统的设计和集成的能力与技术上要落后于相应的机器人公司,或者换一个角度来说,研究所一般是1-2个PhD加上博后负责一个机械手项目的设计与研发,而公司则可能是一个几十人的队伍(经验丰富的工程师)全职负责项目研发,研发投入上差距就可见一斑。
    · 市场定位的区别。即使是应用在机器人领域的商业机械手(诸如Shadow Hand、Schunk Hand、Festo、Robotiq等),其面对的市场仍然是研究所/高校与工业界等。而相比假肢领域应用的机械手面向的市场是实打实的“人”,具体来说是遭遇不幸的残障人士,其对仿生程度和紧凑性设计的要求是非常高的。简单来说,没有人会选择一个看上去根本不像人手,且佩戴繁琐又重达5kg的“机械手”作为假肢。
    结论:机器人领域应用的机械手,需要在兼顾功能性、成本的同时,提升在仿生和紧凑性设计上的性能。

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  • 随着社会生产不断进步和人们...使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点,已渗透到工业领域的各个部门,在工业发展中占有重要地位。
  • 本文以日本OMRONC... 机械手是工业自动控制领域中经常遇到一种控制对象。机械手可以完成许多工作,如搬物、装配、切割、喷染等等,应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定工序动作,可以简化控制线路,
    本文以日本OMRON的C系列P型PLC为基础,介绍PLC在机械手步进控制中应用,并给出了详细的程序设计过程。该程序已在工业机械手中获得了应用,具有稳定、可靠的性能,可供同类设计参考。
        1引言
        机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作,如搬物、装配、切割、喷染等等,应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作,可以简化控制线路,节省成本,提高劳动生产率。图1是机械手搬运物品示意图。

        图1机械手搬物示意图
        图中机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使机械手动作准确,在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5,对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位,并发出动作到位的输入信号。传送带A上装有光电开关SP,用于检测传送带A上物品是否到位。机械手的起、停由图中的起动按钮SB1、停止按钮SB2控制。

        传送带A、B由电动机拖动。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动,并分别由六个电磁阀来控制。

    原文:http://www.gkwo.net/dxt/show-935.html

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  • 随着社会生产技术的飞速发展,移动机械手的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索,乃至太空作业等领域,机械手已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。然而就目前的机械手技术水平而言,机械手在信息...
  • 机械手是近代自动控制领域中出现一种新型技术装备,它能模仿人体上肢某些动作,在生产中代替人搬运物体或操持工具进行动作,已成为现代机械制造系统中一个重要组成部分。本次设计主要设计自动上下料的机械手,该...
  • 随着社会生产技术的飞速发展,移动机械手的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索,乃至太空作业等领域,机械手已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。然而就目前的机械手技术水平而言,机械手在信息...
  • 机械手也具备取物放物等自动所需能力,总体来说机械手市场成熟度高,在专一领域的性能相对稳定,导致其成本会比机器人低廉一些,那么为什么还是会有很多厂家选择工业机器人来应用到生产线,而不用机械手呢?...

    六轴机器人是6个关节手臂在一定范围内运动的机械设备,而机械手也具备取物放物等自动所需的能力,总体来说机械手市场成熟度高,在专一领域的性能相对稳定,导致其成本会比机器人低廉一些,那么为什么还是会有很多厂家选择工业机器人来应用到生产线,而不用机械手呢?

    根据交谈客户的一些解决方案,大概有以下几个原因

    1、厂房布局高度不够,这种是非常无奈的一种情况,机械手需要立柱支撑,在XYZ三个轴向做直线运动,特别是Z轴做上升运动的时候,厂房高度不够会导致机械臂不能完美运动,甚至有时电线等、水管等都会影响,而机器人在自己的活动半径范围内工作,可以落地式安装,和员工的站位高度重叠,不需要多余的空间

    2、产品的自动化应用需要进行曲线运动,这是机械手这种直角坐标系所做不到的,只能选择重复定位精度高的工业机器人来代替

    3、产品种类太多,而批量不大,考虑到各种规格的产品通用性的问题,机械手无论是在负载还是夹爪可调范围都无法和工业机器人比较

    4、环境因素的影响,大研的机器人本体电缆都由航空插头、线圈等包揽,6个关节部位有机连接在一起,除了末端执行器以外,机身都是密封与外界隔绝的,机械手的话,很少有安装防护罩的,或者说无法设计进去,导轨齿条等都是裸露在外,长期在粉尘和潮湿环境中工作,会引起卡顿待机等现象,维护起来相当麻烦

    或许还有其他心里因素、操作人员原因等等就不在一一赘述,以上就是选购的时候常遇到的心理矛盾点,供参考

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  • 基于PLC的机械手控制

    2020-08-19 04:57:40
    伴随着机电一体化在各个领域的应用,机械设备的自动控制成分显得越来越重要,其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,它能部分地代替人工操作,能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的...
  • 本文以五轴机械手的设计实现为背景,结合CANopen协议在汽车电子和工业控制领域中的广泛应用,实现了对多电机系统的实时控制。文中提供的以CAN总线控制多个伺服电机的设计方法,使得硬件电路的设计得到很大简化,同时...
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  • 基于dragonboard 410c的机械手臂(一)

    千次阅读 2017-11-15 20:00:51
    机器人也是现在比较热门,尤其是仿生机器人推出,更是震惊了世界,我也想... 相信说到机械手臂大家脑海中都会自己脑补各种机械手臂,机械手臂是机械人技术领域应用的最广泛自动化机械装置,在很多领域,像工

         机器人也是现在比较热门的,尤其是仿生机器人的推出,更是震惊了世界,我也想亲手做一个,但是太复杂了只能想想。既然做机器人不现实,那就做个机械手臂吧,毕竟做机器人也是从做机械手臂开始的。所以就准备用410c的开发板做一个机械手臂,于是就去看了一下,搜集了一下资料。

          相信说到机械手臂大家脑海中都会自己脑补各种机械手臂,机械手臂是机械人技术领域中应用的最广泛的自动化机械装置,在很多领域,像工业、医疗、农业等领域都可以看到他们的身影。虽然形态各异,但是他们都是接受命令并且精确的定位到三维或二维空间上的某点进行作业。

          根据手臂结构形式的不同可以分为多关节机械手臂、直角坐标系机械手臂、球坐标系机械手臂、极坐标机械手臂、柱坐标机械手臂等。


    图 机械手臂(来源于网络)

         你知道机械手臂是如何控制的吗?一般是用舵机和大量的传感器来共同达到控制的目的。所以要做机械手臂,了解舵机是必不可少的。

         舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在现在的高档遥控玩具、如:飞机、机器人等领域已经得到了普遍应用。

         舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件构成。其工作原理是主控制器发出信号给舵机,经由电路板上的IC驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回信号,判断是否已经到达定位。位置检测器其实是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之变化,只要检测电阻值便可以知道转动的角度。

         一般的伺服电机是将细铜线缠绕在三级转子上,当电流流经线圈时便会产生磁场,与转子外围的磁铁产生排斥作用,进而产生转动的作用力。依据物理学原理,物体的转动惯量与质量成正比,因此要转动质量愈大的物体,所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小,于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体,形成一个重量极轻的无极中空转子,并将磁铁置于圆柱体内,这就是空心马达。

    图 舵机(来源于网络)

       

    舵机控制原理图


          舵机的伺服系统是由可变宽度的脉冲来进行控制,脉冲的参数有最小值、最大值和频率。一般舵机的基准信号周期都是20ms,宽度为1.5ms。这个基准信号定义的位置为中间位置。中间位置的定义就是从这个位置到最大角度与最小角度的量完全一样。例如:180度就是90度。如果控制系统不停的发出脉冲,舵机的角度就不会一直改变。

    图 舵机周期

    图 舵机角度控制

         如图当舵机收到一个小于1.5ms的脉冲,会逆时针旋转一定角度。当接收到的脉冲大于1.5ms,会顺时针旋转一定的角度。

         到此,关于机械手臂的基本知识了解了一点了,后面就是选择材料了。















       

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  • 应用1机械结构和控制要求如图1所示是一个将工件由A处传送到B处的机械手示意图,机械手的上升,下降和左移,右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。其中上升与下降对应电磁阀的线圈分别为YVl与w2,左行、右行...
  • 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来一种新型装置。近年来,随着电子技术特别是电子计算机广泛应用,机器人研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来一门新兴技术
  • 相关章节的内容按机械信号测量一预处理一处理一应用的完整体系展开,着重介绍时域方法、频域方法、时频域方法以及它们在机械信号处理中的应用。此外,还介绍近年来发展的一些机械信号处理新方法,如经验模式分解、...
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  • 自动拧螺丝机械手

    千次阅读 2018-09-16 19:05:50
    科幻片里的机械手 其中,在点胶工艺中,速度分段控制、G代码图形导入、IO前置;而在锁螺丝环节中,针对锁附孔位准确、垂直稳定锁附、深浅一致要求,重复精度高、停稳时间短、制造精度及刚性好。 除了3C电子领域...
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空空如也

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