随着人们生活质量的不断提高，衣食住行各方面都产生了极大的质量需求，搪瓷作为一种新型材料，具有良好的结构强度和优异的防腐性、耐磨损和耐冲击能力，在如今的建筑装饰、装潢、日用品、工业防腐中占据重要地位。新型功能搪瓷钢板以其特有的瓷玉质感、靓丽色彩、不燃烧、防潮、耐酸碱、使用30年不维修、模块化结构和装拆简便等优点, 已成为地铁工程、会展场所、地下空间、公共建筑、景观设计首选材料。搪瓷钢板以其自身众多的优点，目前在很多领域都实现了应用，且随着越来越多城市建筑标准要求的不断提升，搪瓷钢板的性能优于其他很多建筑装饰材料，因此市场上对于搪瓷钢板的使用量也在不断增长，成为城市空间设计、景观布置、基础设施建设等众多环节的主要装饰和建筑材料之一。

智能制造技术是将人工智能融入制造过程的各个环节，在整个制造过程中贯彻智力活动，使系统柔性的方式集成起来，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力。世界经过几次革命性的发展，制造技术也由机械化发展到自动化、信息化、智能化，智能化已成为制造技术的发展趋势之一。随着搪瓷行业的不断发展及智能化设备所具有的诸多优势，智能化制造也必将取代传统设备，成为搪瓷行业设备的主流发展方向。文献[1]介绍了搪瓷在机械化产业中的应用。

由于目前搪瓷扣板的折弯主要是靠人工和机械合作生产，生产效率低下，无法长久不间断生产、精度低、浪费人力资源、生产成本高，生产的难度高导致我国目前对其的研究、发展和推广收到了制约。在这种背景下，为了加快国家的研究进度，向更多的人推广这种各方面具有显著优势的新型材料，全机械化取代半机械人工合作的生产方式是必不可少的，这也就是我研究这个搪瓷扣板折弯机械手臂设计课题的目的和意义。

国外的机械手臂发展比较早，早在1947年美国Aargonne研究所为了解决代替人处理放射性物质的问题便研制出遥控机械手。目前，在工业机器人机械手行业中，比较出名的国内外工业机械手厂家有以下几家：日本的FANUC、安川电机、德国的KUKA以及瑞士的ABB。FANUC公司致力于机器人技术上的领头与创新,是世界上唯有提供集成视觉系统的机器人企业。文献[2]研究了一种基于视觉引导FANUC机器人的抓取系统,提高了机器人柔性化抓取能力。系统采用单目视觉定位方法:将图像中的特征点通过相机标定参数、Eye-in-Hand手眼标定参数转换为机器人基坐标系下的位姿,利用FANUC Robot Interface实现上位机与机器人通信并把定位结果发送到机器人位置寄存器,引导机器人运动到相应位置并通过末端执行器完成对空心圆柱体工件的抓取。文献[3]展示了国外一种领先水准的六自由度机械臂Katana，该机械臂不仅可以完全独立运行、海量自定义设置，其一个抓持器上面就集成了15个传感器。文献[4]则介绍了一种国外的根据识别手势的加速度计传感器来操控夹钳实现夹取的机械手。

近几年国外工业机械手领域有以下几个发展趋势。机械手性能不断提高，单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。

国内机械臂发展目前处于产业化发展阶段，积极做好“十五”与机械化的衔接。主要研究成果有北京航空航天大学研制的三指灵巧手，如文献[5]介绍的一种可用于实现常用物料精确、快速的搬运任务，同时也能够对不规则物体进行抓取操作的三指机械手，华南理工大学研制的点焊、弧焊机器人及各种机器人装配系统，哈尔滨工业大学研制的蒸汽发生器检修机械臂。

总之，国内机械臂技术跟国外的机械臂相比还有很大的差距，还需要我们投入更多的精力、人力与财力去研究。关于目前抓取机械手臂的相关研究和设计，文献[6]-文献[8]讲解了机械手臂的大致结构设计。文献[9]用plc示范了简易的编程和仿真下的机械手臂设计。文献[10]用CAD对机械手臂进行了建模示范。文献[11]-文献[12]通过proE示范了抓取六自由度机械手臂的常规仿真和设计。文献[13]-[14]讲解了proE在机械工程中的常用设计方法。文献[15]则是讲解了proE的基础机械3D建模。

2. 研究的基本内容与方案

设计的初衷是做一个机械手臂来取代人力操纵搪瓷钢板配合折弯机器进行折弯，将钢板的四个边都折弯形成一个搪瓷扣板，所以机械手臂需要具有旋转、定位、水平竖直位移的功能。先了解搪瓷钢板的性能，计算出机械手臂需要的抓取力，然后对机械手臂进行设计和选型。为了验证机械手臂是否能够满足要求，需要使用购买机械手臂的编程软件修改后进行编程和仿真。利用 Proe 软件对机械手进行建模后得到机械手的整体结构系统，机械手的整体系统架构中包含了底座、旋转的电机、减速的机构、中心的齿轮以及坐标轴的伸缩方向等。由于proe可以进行动态演示，最后可以在proe中进行机械手臂的检验。通过proE示范了抓取六自由度机械手臂的常规仿真和设计。

机械手臂的抓持器需要能以准确的位置和姿态移动到点就需要机器手具有一定的自由度，一般自由度越多，机械手臂越灵活，机械手臂采用6个自由度的型号，能极大提高机械手臂的灵活度。分别设计机械手臂的机座、立柱、手臂、手腕、手部和行走结构。关于机械手臂抓取搪瓷钢板的方法，一般分为吸附和抓取，由于吸附式机械手臂一般吸附力比较小，本次设计采取常规的抓持器抓取式方法。关于软件设计方面进行仿真，实现机械手臂的前后左右XY轴平行移动和上下Z轴移动、抓取和放松钢板、90度翻转以及机械手臂上手腕部位的360度旋转。

基本步骤：