各类机械手的工作原理和功能特点介绍，各类机械手的工作原理和功能特点

很多朋友对各类机械手的工作原理和功能特点介绍，各类机械手的工作原理和功能特点不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

对核化工项目中各种机械手的工作原理和功能特点进行了梳理和分析，比较了各种机械手的适用场景，介绍了机械手选型和设计时需要考虑的因素，总结了目前的研究进展和未来的发展趋势，以期为今后其他项目的机械手设计提供参考。核项目和化学项目；操纵者；遥控操作

国际上对核化工项目运行水平和安全性的要求越来越高。例如，放射性设备和热室在直接检查和维修操作前需要长时间去污，影响启动时间，同时操作人员暴露在高剂量的辐射下，也会带来更多的去污废液；通过远程操作，需要维护的设备不需要清洗到人员直接操作的去污极限，操作人员也不需要进入热室，因此辐射剂量低。

因此，核化项目的维护原则倾向于远程维护。机械手性能和可靠性的提高以及远程操作技术的进步可以为远程维护操作提供更多的选择。

1机械手类型介绍机械手的类型有很多种，按驱动原理分类[1]，主要可分为主从式机械手、电动伺服主从式机械手、动力式机械手和剑式机械手[2]。1.1主从机械手

主从机械手(图1)可以完成灵活、复杂、精确的操作，模仿操作者的动作，密封性能好，可以保证工人操作环境的安全。一般成对安装在各种尺寸的混凝土、铅或钢屏蔽墙的热室中，每个热室屏蔽窗上部安装两个主从机械手。

主从机械手主要有两个机械臂，一个安装在操作前区的冷端(主动臂)，另一个安装在热室的热端(从动臂)，通过穿墙件连接在一起。操作者通过冷端的屏蔽窗操作驱动臂的每一个动作，都直接传递给热端的从动臂，从动臂在热室内进行同样的动作。

机械主从机械手还包括伸缩式主从机械手和铰链式主从机械手[3]。伸缩臂机械手可以在没有辅助的情况下传递操作者进行手动操作所使用的最大力量，一般体积较大，适用于较大的工作空间。关节臂机械手允许力达到中等水平，操作者无需辅助手动操作即可轻松重复动作。一般体积较小，可以在较小的工作空间内使用。1.2电动伺服主从机械手

电动随动主从机械手(图2)有6 ~ 7个自由度，部件可以提供电动助力。从动臂的运动由电机提供的传动力辅助(从动臂的枢转功能)，通过配重的平衡减轻操作者的操作负担，并将操作产生的力传递给驱动臂。

电动随动主从机械手的主动臂安装在手术前区域(冷端)的穿墙件上。主臂是一个枢轴伸缩套筒，可以手动或电动移动，并具有执行热室工作所需的自由度。主臂包括用于操作夹钳的手柄，可用于启动马达进行辅助。操作者可以用左右手操作手柄，可以固定伸缩套和手柄，避免移动。主臂顶部装有配重和电动驱动装置。

电动随动主从机械手的从动臂安装在热室(热端)的穿墙件上。从动臂与主动臂配对，直接反映主动臂的所有动作。从动臂可由操作者通过驱动臂直接驱动或通过电动辅助驱动。从动臂配有夹具，可执行所有要求的操作。夹具可以在热室中抓取元件，也可以夹住螺栓钻等操作工具对元件进行维护或修理。从动臂可以通过驱动臂的动作分离。1.3动力手

电动手(图3)是在加工厂的热室中移动的操作系统，用于在工厂的热运行阶段维护或修理热室/设备室中的设备。此外，权力之手将在退役阶段承担拆除核设施的任务。在工厂的日常操作中，不使用动力手。动力手的机械手具有很强的操作和抓取能力，由控制装置控制，可以完成项目所需的重载操作、吊装、运输和维修。

动力手的结构类似于双梁起重机，有双梁桥架和水平移动的升降小车。与起重机相比，动力手有一个可伸缩的机械臂，位于汽车的下部。通过伸缩功能，机械臂可以垂直移动。通过机械臂的旋转，动力手可以在热室中的任何位置移动。在机械臂的末端有一个夹钳，可以实现各种操作，包括使用其他工具。此外，动力手配有挂钩，用于转移设备。

日常操作中，动力手停放在固定的热房内，这个停放位置可以快速介入周围的热房，而不会耽误太长的运动时间。

1.4剑型机械手长期用于核化工程放化实验室、同位素生产等领域的防护箱取样、转运、分装作业工具。(也就是长杆夹，如图4)。这种操作工具安装在铅封滚珠轴承孔内，实现前后伸缩运动，并借助滚珠轴承摆动一定角度，实现上下左右运动。

目前国内后处理厂放化实验室和同位素生产的防护箱中使用的剑型机械手只能实现有限的运动(4个自由度)，难以完成复杂、精密的操作任务。另外，由于滚珠轴承质量大，运动惯性大，启动非常困难，想停又不能马上停，一定程度上影响了剑机械手的操作精度。2机械手的应用和选择

在核化工程项目中，机械手的设计应综合考虑应用场景、负载能力、操作空间、灵巧性、可靠性等因素，从而选择合适的机械手。2.1适用于各种机械手的应用场景表1描述了各种机械手在核化工领域的应用场景。2.2负载能力

考虑负载能力时，有必要尽可能准确地定义要执行的任务。要定义的参数包括要操作的最大和最可能的负载重量、施加在物体上的力、操作者手臂旋转所施加的扭矩、工具的反应(如液压剪、冲击扳手、振动源、高压喷射洗消等。)，以及被吊物体的重量。

为了尽可能延长机械手的使用寿命，应尽量避免在最大负载能力极限附近频繁使用机械手，而决定机械手类型的关键参数一般是作业任务的最大负载能力。2.3在设计和选择机械手时，应考虑屏蔽和密封前面板以及任何相邻设备或结构的布局，以确保机械手能够顺利完成工艺设备的操作，并应检查和验证机械手的充分性。2.4灵活性

机械手的灵巧性代表了其在执行复杂任务时的易用性，并且无法量化。对于机械手来说，其灵巧度与施加的负载成反比，通过操作者良好稳定的动作和最小的后坐力(晃动)可以提高机械手的灵巧度。2.5可靠性

机械手的可靠性取决于工况，因此，为了获得更好的可靠性，应避免在极端工况下（如频繁在最大载荷能力下使用，由于化学环境的影响导致性能下降，或者未经过充分训练的操作员使用不当等）使用机械手，并充分考虑机械手制造商提供的维护间隔和规程说明。

3 展望和思考

国产机械密封可分离式主从机械手从动臂大多为双伸缩套管结构，主要用于大型热室的远距离操作。近年来，新研制出了单伸缩机械密封可分离式主从机械手，复杂程度较双伸缩结构大为简化，设备故障率大大降低，减少了机械手维修工作量，对于提高设施的开工率有很大意义。

新研制出的小型主从机械手已可取代传统小型防护工作箱中大量使用、较为落后的剑式机械手，操作性能可大幅提高，能够实现复杂、精细的操作，具有7个自由度，且有力的反馈，自重轻、尺寸小，同时也促进了箱室结构设计的更新换代。

随着新的自动化技术的发展，机械手的形式越来越多，操作能力大于45 kg的重载主从机械手、电随动主从式机器人、水下机械手以及对现有主从机械手进行改造升级设计具有电动远程控制功能等，均是今后的研究方向。相较于电驱动机械手，液压机械手具有结构更简洁、功能更加强大的机械手臂，在核化工项目中也具有广泛的应用前景。

随着技术的不断进步，未来机械手类设备的性能将会进一步提高，重量轻、结构简单、操作简便、易维修、承载能力大的机械手会更广泛地应用于核化工项目。

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