机械手发展及控制系统技术概述【文献综述】
【文献综述】工业机械手模型控制系统设计
本科毕业设计（论文）工业机械手模型基于PLC的控制系统软硬件设计文献综述院（系）：专业：班级：学生姓名：学号:2013年3月29日文献综述：工业机械手模型控制系统设计1工业技术的发展要求以知识为基础的社会对科学发展提出了强烈需求，综合国力的竞争已前移到基础研究，而且愈加激烈。
我国作为快速发展中的国家，更要强调基础研究服务于国家目标，通过基础研究解决未来发展中的关键、瓶颈问题。
遴选研究方向的原则为：对国家经济社会发展和国家安全具有战略性、全局性和长远性意义；虽暂时还薄弱，但对发展具有关键性作用；能有力带动基础科学和技术科学的结合，引领未来高新技术发展。
1.1我国工业发展规划前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。
选择前沿技术的主要原则：一是代表世界高技术前沿的发展方向。
二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。
三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。
四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。
根据以上原则，要超前部署一批前沿技术，发挥科技引领未来发展的先导作用，提高我国高技术的研究开发能力和产业的国际竞争力。
我国已把装备制造业作为当前最紧迫行业，面对各方面的挑战，装备制造业已不能与当前我国的发展水平同步了。
而机械手是集各项技术于一身的工业机器，它包含控制技术、新材料、传感与检测、电子信息与传输等。
我国重点发展的与机械手相关项目：1、传感器网络及智能信息处理重点开发多种新型传感器及先进条码自动识别、射频标签、基于多种传感信息的智能化信息处理技术，发展低成本的传感器网络和实时信息处理系统，提供更方便、功能更强大的信息服务平台和环境。
2、重大生产事故预警与救援重点研究开发矿井瓦斯、突水、动力性灾害预警与防控技术，开发燃烧、爆炸、毒物泄漏等重大工业事故防控与救援技术及相关设备。
3、智能感知技术重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术，中文信息处理；研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。
机械手毕业设计文献综述
机械手技术面临的挑战与机遇
技术挑战：提高机械手的精度、速度、稳定性和智能化程度 成本挑战：降低机械手的制造成本和维护成本 应用挑战：拓展机械手的应用领域，如医疗、航天、深海等 机遇：随着人工智能、物联网等技术的发展，机械手技术将迎来新的发展机遇
机械手在实践中 的应用与案例分 析
工业生产领域的应用
工业机械手的结构：包括驱动 系统、控制系统、执行机构等
医疗机械手的结构：包括驱动 系统、控制系统、执行机构等
机械手的驱动方式
电动驱动：通过 电机驱动机械手， 具有速度快、精 度高、稳定性好
等优点
气动驱动：通过 压缩空气驱动机 械手，具有成本 低、结构简单、 维护方便等优点
液压驱动：通过 液压油驱动机械 手，具有输出力 大、控制精度高、 稳定性好等优点
机械手的设计方 法与优化策略
机械手的设计方法
机械结构设计：包括机械手的 运动机构、驱动机构、控制系 统等
控制系统设计：包括传感器、 控制器、执行器等
运动规划设计：包括路径规划、 运动控制等
优化策略设计：包括机械手的 性能优化、效率优化等
机械手的优化策略
提高机械手的精 度和稳定性
优化机械手的运 动轨迹和速度
机械手的研究现 状与发展趋势
国内外研究现状
国内研究现状：主要集中在机械手 的设计、制造和应用方面，取得了 一定的成果
发展趋势：机械手将朝着智能化、 自动化和柔性化方向发展，以满足 不同领域的需求
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国外研究现状：在机械手的智能化、 自动化和柔性化方面取得了显著进 展，具有较高的技术水平
骤
成果展示：机 械手的功能、 性能、应用等
实践经验：遇 到的问题、解 决的方法、收
机器人控制技术综述
机器人控制技术综述一、引言机器人自从20世纪60年代成为工业生产的主角，被广泛应用于生产线的各种领域。
由于机器人劳动强度小、准确性高等特点，其已经成为维持国家工业发展的不可或缺的存在。
但是在机器人的使用过程中，由于先进的控制技术尚不成熟，尤其是自主控制技术方面还存在许多难题。
因此，研究机器人的控制技术已成为当今机器人领域研究的重要领域。
二、机器人控制技术发展综述1.传统控制方法传统的机器人控制方法，主要依靠对机器人的运动轨迹进行规划，再根据轨迹的计算结果对机器人进行控制和运动。
这种方法基本适用于大部分工业机器人制造，但是也存在很大的局限性，例如面对复杂的环境时，常规的路径规划方式就会失效，导致机器人无法正常操作。
2.模糊控制方法模糊控制技术最早是由日本的津田恒美博士提出的。
在机器人控制中，模糊控制技术是指机器人在不具备精确的模型背景下，通过人类语言表达方式来描述机器人的控制系统，从而实现自主控制。
3.神经网络控制方法神经网络技术主要是通过模仿人类神经网络的学习方式使机器人获得类似于人类思考的能力。
当机器人接受到环境的信号时，它会按照设定好的规则对其进行分类处理，并优化运动的方法，从而可以按照智能的方式进行机器人的控制。
4.模型预测控制方法模型预测控制的基本思想是通过对环境的实时预测来规划机器人控制的路径，使其在行进过程中实现性能最优化。
这种控制方法需要在机器人中预测其行动结果，因此需要对机器人进行模型化，包括测量、状态判断和路径规划等。
5.强化学习控制方法强化学习是一种机器学习的方法，主要利用奖励和惩罚来调整机器人的行动过程。
就像奖励小孩学习一样，当机器人表现良好时会给予奖励，而当机器人的表现不佳时就会给予惩罚来调整其运动方式。
三、机器人控制技术应用场景1. 工业制造机器人是工业制造中不可或缺的存在。
在工业制造的生产线上，机器人可以精准的完成各项生产任务，大大提高生产效率，降低生产成本。
2. 空间探索机器人在航天领域有着重要的应用，它们可以在太空中探索星球、搜集资源、执行进一步的操作。
国创项目机械手文献综述
基于机器视觉的仿人三指放书机械手文献综述1、引言随着科技的发展，机器人技术是未来科技的发展方向,尤其是仿人机器人。
但是仿人机器人目前还只停留在实验室阶段，还无法成为一种大规模生产的产品为大家服务。
特别是仿人五指灵巧手，还只是实现了摆出各种动作，而正常的握持物体仍存在困难[1]。
基于此点，我们想设计制作一种多自由度仿人三指取书机械手，一取书动作简单，三指即可实现，而且图书重量并不大，拟实现仿人三指手的稳定握持；二实用性强，特别是此机械手可以帮助残疾人或手部不便利的老人取书架上的图书，制作成服务型机器人可投入量产服务大众。
为此，我们搜集了近几年的文献资料，为该项目的设计提供可行的方案。
机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
而仿人多指灵巧手是指模仿人类具有多个手指关节的可按照指令完成人手可以完成的动作的机械装置。
在研究仿人多指灵巧手的时候，会涉及机械设计、机电控制、控制系统、测试系统、材料力学等多个领域多个学科。
本文将从仿人多指灵巧手和机器视觉两个方面介绍当前的研究状况。
2、机械手研究发展概况目前，在日本和欧美等发达国家的工厂和企业中，工业机械手已经被广泛地运用来代替工人完成各类简单和重复性的工作。
这类工业机械手基本上是限定在特定的环境中完成单一的操作。
对于一些在繁重、危险、恶劣、极限或一般的环境下需要人手才能完成的复杂作业而言，例如捏、夹、推、拉、按、剪、切、敲等，普通的工业机械手则显得无能为力。
由于和人手一样带有五个手指和手掌及分布触觉机能的五指形灵巧手具有极强的功能和很高的通用性，它完全可以代替或帮助人类在各种场合下灵巧地完成各类复杂的作业。
例如，机械制造、化工生产、核电维修、军事战备、医疗手术扥。
因此，各发达国家的工厂正迫切地希望研制出高性能的通用型五指灵巧手来完成上述作业[2]。
据目前的资料，最早的多指形机械手出现于1962年[3]。
当时美国制造出来一种类似多指形机械手的手爪，由于该手仅仅是装配有多指的手抓，不能完成灵巧操作，因此它并不能算真正意义上的多指形灵巧手。
(完整word)机械手毕业设计文献综述
吉林化工学院文献综述300X200X120°物料机械手的设计300X200X120° Material mechanical arm design 性质： R毕业设计□毕业论文机电工程学院教学院：系机械电子工程系别：11410209学生学号：学生姓吉国光名：机自1102专业班级：指导教王集思师：职实验师称：起止日2015.3。
1~2015。
3.28期:吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology摘要：在工业生产中,为了提高劳动生产率和自动化程度，工业机械手被广泛应用。
工业机械手可以用于机床间传送工件；各类有自动夹紧、进刀、退刀和松开的功能半自动车床,上下料操作;还可以用于对人体有害的工作环境。
它具有对环境适应性强、持久耐劳、动作准确、通用性好、灵活性好等优点。
而工业机械手技术的高低更是一个国家工业发展水平的标志。
工业机械手的设计能较鲜明地体现机电一体化的设计构思.所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等而形成的一种新的综合集成技术。
工业机械手的设计更是对所学知识的综合运用。
本设计对程控通用机械手进行了较为详细的设计计算.分手部、手腕、手臂、液压驱动系统和电器控制系统五部分，每部分都对各部分的结构进行了较为详细的设计计算，根据要求及相关标准进行了部件材料和器件的选择。
关键词：机械手；手部;手腕；手臂引言:在当前的物料搬运设备中，可分为对大型物件和对小型物件.这两者的搬运设备选择主要针对搬运设备能提起的重量.对于小型物件而言，又可分为不易损坏和易损坏两个类型。
在之前的生产搬运过程中，传统的搬运设备往往不能满足易损坏物品的要求。
因为易损坏的物品对搬运设备的力度、精度、轨迹有着严格的控制，所以企业往往采用人工搬运的方式。
人工搬运虽然可以满足易损坏物件的安全，但是这种搬运方式往往效率低,费用高。
这阻碍企业实现自动化和提高自身竞争力。
文献综述-机械手设计
机械手的设计与研究1。
国内外研究现状机械手起源于20世纪50年代，是基于示教再现和主从控制方式，能适应产品种类变更,具有多自由度动作功能的柔性自动化设备［3]，也是典型机电一体化产品.其中，通用机械手具有独立的控制系统，程序多变，动作灵活多变等特点，在中小批量的自动化生产中得到大量应用。
近年来，在我国,随着气动技术的迅速发展,气动元件及气动自动化技术已经越来越多的应用于机械手中，构成了气动机械手。
气动机械手的最大优势就是低成本,模块化和集成化[4］。
气动机械手包含感知部分,控制部分和主机部分三方面。
采集感应信号及控制信号均由智能阀岛处理；气动伺服定位系统代替伺服电机，步进马达或液压伺服系统；汽缸,摆动马达完成原来由液压缸或机械部分所做的执行动作。
主机部分采用了标准型辅以模块化的装配形式，使得气动机械手能拓展成系列化和标准化的产品.在国外，像日本，美国，德国等国家，以微型内置伺服电机作为控制系统主动力的精密机械手，则是世界自动化领域中更深高次的发展。
相对一般的工业领域机械手，这种精密型的机械手具有动作精度高,体积相对小巧,高度智能化的特点［5］，被广泛应用于水下精密作业，人体内部手术作业，农业果实采摘等领域。
由于这种类型的机械手更突出的要求是精密型,故其整体结构为多关节、多驱动型，每个关节都有独立伺服电机作为驱动源，这些伺服电机则由躯干内部的PLC等核心处理器做统一控制管理,以达到灵活多变的控制要求.现今使用的机械手主要可分为极坐标型机械手和关节型机械手，这两种机械手可以提供较大的工作空间[6］，恰好可以满足一般的机械手在工作空间上的要求.韩国最早开发的用于果实采摘的极坐标机械手臂，旋转关节可以自由移动，丝杠关节可以上下移动，从而使作业空间达到3m［7］.日本东都大学也在20世纪80年代研制出了5自由度关节型机械手[8］。
实验表明这种机械手在运动空间上虽然没有极坐标机械手到位，且末端执行器的可操作能力较低，但结构相对简单，工作更加灵活，在不需要较复杂操作的工作环境下,体现出一定优势［9]［10］.京都大学在此基础上又开发出了7个自由度的机械手［11］，解决了其相对极坐标机械手在工作空间上不足的缺点，在关节型机械手领域达到了一个更高的高度.机械手可以模仿人手的某些动作和功能，用固定的程序和轨迹完成抓取、搬运物件等操作.特别是在当前劳工紧缺，劳动力成本日益提高的社会背景下,机械手的使用可以替代人的繁重劳动，实现工业自动化的同时也大大减少了企业的生产成本，提高企业效益.同时，由于它可在高温、高压、多粉尘、易燃易爆、放射性等恶劣或危险环境下，替代人类作业保护工人的人身安全,因而被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能工业等部门［12］。
码垛机械手PLC控制系统设计文献综述
文献综述题目工业机械手及学生姓名丁金涛专业班级机械工程及自动化4班学号20080460205院（系）机械工程学院指导教师张瑞完成时间 2012年 03月 01日工业机械手及控制一．工业机械手概述用于再现人手功能的技术装置称为机械手。
机械手是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、搬运或操作的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。
机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。
工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。
他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的工具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。
在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。
机械手的文献综述
气动机械手文献综述摘要：随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点! 气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业" 本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述关键词:气动技术气动机械手应用与发展0前言随着工业的机械化和自动化的发展和气动技术本身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。
近20年来，气动技术的运用领域快速拓宽，特别是在各种自动化生产线上得到广泛应用。
电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活,性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展,现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点,国内外都在大力开发研究。
1气动机械手的国内外研究现状从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快.20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1,而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。
我国的气动行业起步较晚，但发展较快。
从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20％以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。
随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用,气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。
2气动机械手的发展前景和方向气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。
在气动机械手的发展研究中有一下几个主要的方向和要求。
1)重复精度要求精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，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多次,机械手到达同样位置的精确程度。
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文献综述
电气工程及自动化
机械手发展及控制系统技术概述
摘要：本文主要介绍机械手的发展趋势，控制技术及其在工业上的应用。
文中主要介绍基于PLC的气动机械手控制系统，基于数据手套的机械手控制技术，基于PC控用制的智能机械手控制系统和基于运动控制芯片的机械手控制系统。
关键词：机械手；发展趋势；控制技术；应用
1 引言
机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标准。
因此，各个国家都把机械工业作为发展本国经济的重要战略之一[1]。
然而在机械工业生产中，很多生产线是不连接的，单靠人力既费时又费力，还会产生安全问题。
机械手的应用很好的解决了这一情况[1]。
机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可以代替人繁重的劳动以实现生产自动化和机械化，能提高生产效率且保护人生安全。
因此广泛应用于机械生产中。
发展至今，现在的机械手已经不是单一的功能及种类，它根据多种生产需要可以分为很多种。
用以应用于各种生产环节。
2 机械手国内外发展趋势
2.1我国机械手发展趋势
目前国内机械主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。
所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。
同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。
此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元[2]。
2.2国外机械手发展趋势
国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。
目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。
国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。
使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。
如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。
目前已经取得一定成绩[2]。
目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。
定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG
的产品系统总重已突破100KG。
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，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。
同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展[2]。
3 机械手控制系统技术
所谓机械手的控制系统就是将机械手的运行通过一整套的系统进行完全控制[3]。
机械手的种类很多，不同的环境使用不同的机械手，这样也导致它们的控制系统的多样性。
下面举例几种不同机械手不同的控制系统。
3.1基于PLC的气动机械手控制系统
此次介绍的气动机械手采用三菱FX2N-48MR控制器。
PLC控制系统设回原点、手动、单步、单周期和连续5种工作方式[8]。
该气动机械手采用PLC控制系统，能完成将任务从一条生产线搬运到另一条生产线。
简单可靠，安全性高，可重复性好[4]。
该机械手的自动化控制，能提高自动化程度[5]，减少劳动力，提高劳动效率[6]，具有很强的实用性[7]。
3.2 基于数据手套的机械手控制技术
基于数据手套的机械手控制是一种新的机械手控制模式。
它采用的控制模式是操作者带上数据手套通过计算机系统实时控制机器人，并且在计算机上有生成的虚拟场景辅助操作，在看不见机械手的情况下，操作者也能通过改变虚拟手的姿态对机械手做出相应的调整[9]。
数据手套和机械手都是通过RS-232串口与计算机相连的。
整个系统分为三部分：操作系统、计算机软件系统和机械手。
如图1。
图1 基于数据手套的机械手控制系统框图
该机械手具有很强的实时性和交互性，相对于传统的控制方法具操作简单、直观、高校等优点，应用前景广泛。
3.3 基于PC控制的智能机械手控制系统
该机械手具有无线控制和准备定位的能力。
采用的软件基于单片机为核心的下位机底层控制系统和用VB开发的上位机（PC机），两者之间数据传送是以NRF9E5为核心的传送模块来实现的。
同时用直流电机的定位系统解决了机械手的定位问题[10]。
该系统由上位机软件、无线电通信模块和下位机执行模块组成如图2所示。
图2 基于PC控制的机械手系统结构框图
基于PC机控制的智能机械手无线控制系统的实现，解决了有线控制方式下的机械手移动范围小，连线复杂等问题。
同时，在定位方面更加准确。
这种系统比直接用单片机控制机械手更加可靠，方便。
这将促进机械手智能化的发展。
3.4 基于运动控制芯片的机械手控制系统
针对平面关节型机械手各关节联动的特点，采用了基于PIC16FB77单片机和运动芯片LM629的底层控制系统。
简化了控制系统硬件电路结构[11]。
基于LM629和PLC16F877单片机构成的单个关节直流电机伺服驱动系统如图3.4
图3 控制系统原理图
该控制系统同单纯用单片机来实现机械手控制系统相比，具硬件电路简单、可靠性高，成本低廉及单片机CPU负担小等优点。
4 机械手在工业中的应用
国内外机械工业中机械手主要应用于以下几个方面：
（1）建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线
一般都用机械手在机床之间传递零件。
从而可以提高劳动生产率，降低生产成本。
（2）在实现自动化方面
各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床[13]。
目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手。
有利于加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
（3）铸、锻、焊热处理等热加工方面
模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置早炉前，实现进出料自动化[13]。
应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大改善了工人的劳动条件。
5 结论
本文介绍了机械手的发展趋势，机械手将朝着更多的功能发展，它的使用范围了将更加广泛。
主要介绍了机械手的控制系统及技术，正是因为它的使用广泛性，机械手的控制系统也朝着多样性发展。
技术的发展使得机械手朝着更加可靠，安全，精准的方向发展，对工业的发展，自动化的提高有着不可低估的作用。
参考文献
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