自由度。自由度机械手设计的程度是关键参数。自由操纵，灵活性大，通用性更广，它的结构也比较复杂。一般的机械手有3~4个自由度。
如图1-1所示，这个机械手就拥有三个自由度，其中机械手的手臂可以完成伸缩运动，机械手的机身则能完成手臂的升降运动，同时机身的回转运动能使机械臂完成任意角度的位置要求。
图1-1 工业机械手简图
机械手的类型，按照驱动方式，可以分为液压驱动式，气压驱动式，电机驱动式；机械手按适用范围可划分成特殊机械手和普通机械手两种类型；按照运动轨迹控制方式可以划分为点位控制式和连续轨迹控制式等。
机械手一般不会单独的作为工业生产中主要装置，它一般都是附加在机床或者别的机器边的辅助装置，如在数控机床中自动换刀，如在自动生产线中搬运物料等，一般不具有独立控制装置。有部分的机械手还不能独立操作，也需要有人直接或间接的操作，如原子能部，管理危险品的主从式机械手通常也被称为机械手。
机械手是近几十年发展起来的一种高端科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着始终重要的作用。目前主要用于机床，模锻压机的上下料，以及电焊，喷漆等作业中，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量所以受到了许多部门的重视，并且在现在和将来都得到极大的重视。但是由于机械手并不真正像人类的手那样灵活并且不能具备传感反应任何反馈的能力，不能对外界特殊情况进行应变。
目前，大部分的机械手还只属于第一代的机械手，主要依赖于手动控制，改进的方向基本上是为了降低成本和提高精度。第二代的机械手正在加紧发展。它提供了一个微型电子计算机控制系统，视觉，触觉，甚至听一样的能力，。学习上的各种传感
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器的安装，检测到的信息反馈，使得机器人具有感觉功能。第三代的机械手可以独立完成许多繁琐和高难度的工作。随着电子计算机和电视设备的发展，它将和这些设备保持联系，并逐步发展成柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC的一个重要环节。
机械手的应用意义在于：
（1） 可以提高生产过程的自动化程度,应用机械手有利于实现材料的传送、弓箭的装卸、道具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。
（2） 可以改善劳动条件、避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、早生、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，用忍受直接操作是有危险或者根本不可能的，而应用机械手即可部分或者全部代替人安全的王城作业、是劳动条件得以改善。
（3） 可以减少人力，便于节奏的生产。应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同事由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都是机械手，以减少人力和更近准的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。
本课题中两工位芯模搬运机械手的控制系统主要是PLC控制系统，驱动方式为气压传动。
1.2 国内外现状及发展历史
工业机器人是最为典型的机电一体化设备, 高附加值的技术，应用范围广，作为先进制造技术的新产业和信息社会的支持，将会在未来生产和社会发展中发挥出越来越重要的作用。据外国专家预测，工业机器人是在辆车，计算机后出现的一个新的高度 - 高新技术产业。根据联合国欧洲经济委员会（欧洲经委会）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景，从二十世纪下半年，世界机器人产业一直保持稳步增长势头。在19世纪末，随着工业发展的速度崛起，工业机器人的产品开发速度加快，年增长率平均保持在10％。在2004年的增长率达到了创纪录的20％。其中，最突出的是亚洲机器人，增长幅度高达43％。
随着这现年各个国家以及企业的重视，工业机器人已经不单单是在工业中起到作用，同时也在别的产业中扮演着重要的角色。在制造业，尤其是在汽车行业，工业机器人已被广泛使用。如在毛坯制造（冲压，铸造，锻造，机械加工，焊接），热处理，表面涂层，装卸，组装，测试等操作，机器人已逐渐取代人的体力劳动，可见，机器
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人正在往越来越多的领域更深层次的工作进军。
在1954年，美国戴沃尔是最早的提出了工业机器人的概念，并且在当时申请了专利。他的专利的主要是借助伺服控制技术控制机器人的各个关节，利用人手对机器人进行动作的示教，在当时的机器人能实现动作的记录和再现。这就是当时比较著名的示教再现机器人了，现在很多制造出的机器人还有保留着这种控制方式。而在1958年，被称作为“工业机器人之父”的Joseph F.Engel Berger创造了世界上第一个机器人公司，并参与设计了一台用于压铸作业的五轴液压驱动机器人，手臂的控制由一台专用计算机来完成。随着计算机技术和人工智能技术的发展，使得机器人在功能和技术层次上有了很大的高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是比较典型的代表了。
我国工业机器人，在70年代初开始，经过20多年的发展，经历了3个阶段：萌芽期的70年代，80年代和90年代的工业机器人开始逐步走向实用。七十年代是世界科学和技术发展的一个新的里程碑;在月球上开始有人类的足迹，金星，火星也逐步开始实现软着陆。中国也在同一时刻发射了人造卫星。全球工业机器人的热潮，尤其是日本，发展非常迅速，但经济增长是日益增加同时也造成了劳动力缺乏。在这种情况下，于1972年，中国也开始发展自己的工业机器人。
进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的推动下，我国对于机器人的人研究和开发逐步开始引起重视。在“七五”期间，国家开始投入资金，对于工业机器人以及机器人身上的零部件进行了研制，终于开发出了一个完整的示教再现式工业机器人的技术，同时开发出了电焊、喷涂和搬运机器人。在1986年，国家高技术研究发展计划开始实施，记过各学者和专家的辛勤研究，成功制出了一批特种机器人。
虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。
目前我国机器人研究的主要内容如下： （1）示教再现型工业机器人产业化技术研究：
这些研究包括：联合式，侧喷流，喷顶式，龙门喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计，具有灵活分析的喷涂机器人的研发;焊接机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计;弧焊机器人激光视觉焊缝跟踪装置的研制;弧焊机器人离线编程示范和工作站系统动态仿真，电子行业用装配机器人产品标准化、推广、模块化、系列化设计。
（2）智能机器人开发研究：
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这些研究主要包括：远程和本地自治系统配置和控制策略的研究;智能移动机器人导航和定位技术，遥控机器人，虚拟现实系统，人机环境模拟系统，在电脑屏幕上的多机器人远程控制技术。
（3）机器人化机械研究开发：
这些研究主要包括：并联机器人，机器人化加工中心的研究和开发;无人驾驶机器人和自适应多机的大型物料输送设备的远程控制操作。
（4）以机器人为基础的重组装配系统：
这些研究主要包括开放式的模块化机器人；面向机器人装配设计技术，机器人柔性装配系统设计，可重构机器人柔性装配系统的设计，装配力，可视化技术;只装配策略及其控制技术。
（5）多传感器信息融合与配置技术：
这些研究主要包括：机器人传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用;机电一体化传感器设计中的应用。
1.3 研究内容
研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运 机械手的运动机理。在此基础上，确定了搬运机械手的基本系统结构，对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计工作的设计工作。
可以代替人的重复取工件的工作，不仅降低了劳动强度工人，提高了生产自动化水平和劳动生产率，确保产品质量和生产安全。
自动搬运机械手装置是一种模拟人的手臂动作来完成的，按照事先设定的程序，轨迹，代替人完成枯燥，劳累的抓取，搬运工作的机电一体化装置。
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2 工业机械手的总体设计方案
2.1机械手基本形式的选择
常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为4种： (1)直角坐标型机械手：
这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加的旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在x、y、z轴上的运动是独立的，运动方程可独立处理，且方程是线性的，因此，很容易通过计算机控制来实现；他可以两端支承，对于给定的结构长度，刚性最大；他的精度和位置分别率不随工作场合而变化，容易达到高精度。但是，它的操作范围小，手臂收缩的同时又向相反的方向伸出，即妨碍工作，且战地面积大，运动速度低，密封性不好。
(2)圆柱坐标型机械手：
圆柱坐标机器人确定组件的位置是由两个滑动关节和旋转接头，然后连接到一个旋转的联合的态度，以确定组件。这种机器人可以围绕中心轴的一个角落里，工作范围可以扩大，计算简单;直线运动部分采用气压驱动，可以输出更大的功率，可以延伸到腔型机。然而，它的手臂可以达到的空间是有限的，不能达到近立柱或地面空间；
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