‘壹’ 工业机械臂的研究 主要需要掌握哪方面的知识
这个比较贴近机械原理，自由度和运动副．然后就是结构和力学方面的．全面点的话还包括自动控制和电气方面的知识．
‘贰’ 机械臂工作原理 最基础那种
自动包装机械的工作原理
自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显着消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。
一、自动包装的作用
具有革命意义的自动化改变着包装的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控制包装系统，无论从提高产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的应用。
机器人学(Robotics)已经改变了人机的共存方式。自动包装的关键在于依据生产加工或包装过程，设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。显然，自动装置(机械手或机器人)的选择取决于这一过程的需求及特性。依据定义，一个自动装置即是能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机构。它可以是简单的，例如，从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动压力联动装置；也可以是复杂的，例如，具有六轴结构的能动外科手术的机器人。包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构，可以在一个具体工作场所的空间范围内，使每一个设计方案完成一项任务。
目前，自动装置的结构型式是多种多样的。例如，可以满足某一项具体操作的需求。工业机械手的结构特点都处在单轴与六轴之间。根据这种轴结构的性能，机械手“臂”的设计在运动可控程序下，操作一个端部操作器或臂端工具。轴的数量代表了机械手臂的“自由度”。另外，还有辅助臂。例如，传送带的轴等，但它们通常不是以机械方式与机械手主臂相联结的。对于不同机械手形式，一般都是根据其“x”、“y”、“z”三个主轴组成的坐标系来分类的。大多数机械属于下述五种基本类型之～：笛卡尔或直角坐标系、圆柱面坐标系、旋转式或铰链式坐标系、球面或极坐标系和柔选工组合型机械手(SCARA)。
一个完整的自动化结构方案由很多部件组成，其中，端臂操作工具、材料运送装置和识别／验证系统是主要组成部分。
‘叁’ 制作五自由度机械手需要考虑除了设计原理、实现的功能、所需要的知识，在技术方面还需要知道哪些东西
推荐参考《工业机械手设计》、《工业机械手设计基础》等书籍，上面有你需要的系统知识与技术参数等。
‘肆’ 工业机械手的组成及机能有哪些
工业机械手主要由执行机构、驱动机构、和控制系统三大部分组成。
(1)执行机构
机械手的执行机构可以分为手部、手臂和躯干等三部分。手部一般安装在手臂的前端其构造是模仿人的手指。手臂可以分为无关节臂和有关节臂，其主要作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。
(2)驱动机构
机械手的驱动机构主要有四种:液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气动用的最多，电动和机械用的较少。
(3)控制系统
机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制可以分为点位控制、连续轨迹控制、力控制和智能控制方式等。
工业机械手的机能
机械手的机能就是指它具有完成人们预定作业所需要的能力。运动机能是指机械手完成预定工艺操作应具有的运动自由度，以及所能到达的活动范围。同时还要求机械手具有对机械手的抓放、定向、工艺操作和行走的能力等。通用机械手应根据作业的要求，设计成具有完善的运动机能，即它的动作要接近于人手操作时的某些运动机能，以适应广大作业范围的需要。专用机械手则仅赋予部分的运动机能，可按照工艺操作的需要来确定。机械手又应具有一定的物理机能如载荷能力、运动速度、持续工作能力以及工作的准确性和稳定性等性能。此还应具有耐热、耐腐蚀的能力，以适应工艺操作的需要和具体的工作环境。机械手的另一个要机能就是控制机能。对专用机械手而言，是指能自动完成作业程序的能力。但对于一般的通用机械手其控制性能是指它具有自动地、或被动地变换程序的能力，即按照指令能自动地、再现地完成规定的动作程序的机能。
工业机械手作用
机械工业中，应用机械手的意义：
⑴可提高生产过程中的自动化程度
应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀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。
⑵可改善劳动条件，避免人身事故
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、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，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
⑶可以减轻人力，并便于有节奏的生产
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，同时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。
‘伍’ 助力机械臂的设计要求有哪些
助力机械臂的4点设计要求：
1、手臂应承载能力大、刚性好、自重轻
手臂的刚性直接影响到手臂抓取工件时动作的平稳性、运动的速度和定位精度。如刚性差则会引起手臂在垂直平面内的弯曲变形和水平面内侧向扭转变形，手臂就要产生振动，或动作时工件卡死无法工作。为此，手臂一般都采用刚性较好的导向杆来加大手臂的刚度，各支承、连接件的刚性也要有一定的要求，以保证能承受所需要的驱动力。
2、手臂的运动速度要适当，惯性要小
机械手的运动速度一般是根据产品的生产节拍要求来决定的，但不宜盲目追求高速度。手臂由静止状态达到正常的运动速度为启动，由常速减到停止不动为制动，速度的变化过程为速度特性曲线。手臂自重轻，其启动和停止的平稳性就好。
3、手臂动作要灵活
手臂的结构要紧凑小巧，才能做手臂运动轻快、灵活。在运动臂上加装滚动轴承或采用滚珠导轨也能使手臂运动轻快、平稳。此外，对了悬臂式的机械手，还要考虑零件在手臂上布置，就是要计算手臂移动零件时的重量对回转、升降、支撑中心的偏重力矩。偏重力矩对手臂运动很不利，偏重力矩过大，会引起手臂的振动，在升降时还会发生一种沉头现象，还会影响运动的灵活性，严重时手臂与立柱会卡死。所以在设计手臂时要尽量使手臂重心通过回转中心，或离回转中心要尽量接近，以减少偏力矩。对于双臂同时操作的机械手，则应使两臂的布置尽量对称于中心，以达到平衡。
4、位置精度高
机械手要获得较高的位置精度，除采用先进的控制方法外，在结构上还注意以下几个问题：
（1）机械手的刚度、偏重力矩、惯性力及缓冲效果都直接影响手臂的位置精度。
（2）加设定位装置和行程检测机构。
（3）合理选择机械手的坐标形式。直角坐标式机械手的位置精度较高，其结构和运动都比较简单、误差也小。而回转运动产生的误差是放大时的尺寸误差，当转角位置一定时，手臂伸出越长，其误差越大；关节式机械手因其结构复杂，手端的定位由各部关节相互转角来确定，其误差是积累误差，因而精度较差，其位置精度也更难保证。
‘陆’ 机械臂的系统及机械臂的组成
机械臂系统：机械臂是一个复杂系统, 存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务, 需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。
机械臂组成如下：机器人系统是由视觉传感器、机械臂系统及主控计算机组成，其中机械臂系统又包括模块化机械臂和灵巧手两部分。
‘柒’ 机械手臂是如何制造的
现在做机械手臂的比较多。
1）什么是机械手臂
机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。其结构形式简单说有这几类：悬臂式，龙门式，直立式以及横立式等。
2）机械手臂的构成
机械手臂主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手臂设计的关键参数。自由度越多，机械手臂的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。
机械手臂所用的驱动机构主要有4种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压驱动、气压驱动用得最多。
控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。
3）机械手臂所使用的材料
由于机械手臂在承受载荷时，不能有应变和断裂，也就是说要有足够的强度，所以应该选择“高强度的材料”。另外，由于机械手臂是运动的，需要有良好的受控性，因此不能过笨重，所以至少得“密度小 强度大 而且转动惯量小”。所以，机械手一般采用“合金钢”，“经过热处理的优质钢”，“轻型合金，如铝合金”等材料比较多。
4）机械手臂的制造
由以上简单介绍可知，机械手臂的制造所涉及的领域较广泛，如材料、机械、电子、液压、气动、电磁等等。
详细情况请参照相关专业技术资料。
‘捌’ 工业机械臂的智能化要解决哪些问题
工业4.0，在中国这个世界级工厂的大地上正如火如荼的进行着。与此同时，国家和地方政府也不遗余力，大力扶持地方企业进行“机器换人”的无人化改造。我们都相信，这是一种不可阻挡的科技趋势，也是一场不可逆的有关更大更完全解放生产力的革命潮流。
说到工业机器人，其实分类很多。但就我个人而言，接触最多的还是串联六轴机械臂，即俗称的六轴机器人。因为它自由度多，灵活性好，且通用性比较高，所以广受工业制造的青睐。现在的工业应用领域中，越来越多的6轴机器臂出现在不同的工作岗位上，用以代替人类从事各种各样繁重，危险，高负荷的工作。这些工作曾经因为会给工作人员带来难以预估的身体和精神伤害，而广受诟病，并且随着中国老龄化的浪潮的到来，也使企业主难以招到满意的员工。而现在，灵活稳定的机械臂的出现，刚好解决了这个问题。
在某些行业领域，6轴机械臂有广泛的应用，如家电行业，铸造行业；在某些行业领域，6轴机械臂有更广泛的应用，如汽车行业，电子行业。在这些拥有高附加值和标准化生产线的行业中，价格不菲的机器人的优势才能更好的发挥出来。
1959年美国制造出世界上第一台工业机器人,机器人的历史真正开始。现如今，半个世纪过去了，工业机器人可谓走过了一段漫长的发展之路。从当初的实验室，到现在工业应用的各个行业，我们可以看到，机器人的应用已经越来越成熟。但是这种成熟，似乎也非常集中在某些行业，如电子生产，汽车制造等。
为什么这么说呢？我们来看看智能手机的发展过程，从04年出现，到现在的非常普及乃至普通，其中有一个非常重要的事件，就是生产工艺的标准化。比如充电器接口，所有安卓智能手机的充电器接口都一样。这种设备的标准化，有一个很明显的好处，就是给用户带来了很多方便。出差，忘记带手机充电线了，不怕，我们可以很容易在周边借到一根充电线。标准化的优势，更多的体现在产品的普及过程，和无限的可能性发展。它能让更多的人参与进来，使用，设计，优化。这对一种产品的成熟至关重要。
工业机器人的发展如何呢？发展了半个多世纪，我们看到，它的成熟度和发展了几年的手机相比，实际上差距还是很大。工业机器人有自己的小圈子，本体厂家之间都是明显的竞争关系，他们的保护壁垒也更加厚实。他们对自己的机器人都十分自信，觉得它们能完成更多，更精细的工作。所以与他人合作的意愿就没有那么强烈，甚至是不愿意和他人交流。
但是，我们看到工业机器人的行业应用还是有限的。机器人在使用的时候，也没有本体厂家们想象的那么好用。实际上，它还需要更多的设计来完善功能，增加使用的便利性和灵活性。
进过60年的发展，到目前为止机器人的拥有量不到300万台，而中国一年的汽车产量2500万台。机器人作为一种产业或者产品，它几乎可以忽略不计。而原因在于，由于众多技术的限制使机器人只是局限在制造业很窄的一部分里。尽管如此，机器人在全球范围的热度却仍在持续升温。
实际上，当前就制造业向“智造业”的转型发展已成为共识，广东近几年出现的“机器换人”的大潮更是一个典型代表。在产品生命周期缩短、消费者个性化需求提高的当代，传统的大规模流水线工业已经跟不上节奏——智能手机的更新换代的周期更是已经缩短到11个月，连汽车等高档消费品的更新周期也减少到了4年，灵活、快速及可以随时变化升级的生产线为工业机器人提出了新的要求，也提供了新的机遇。
个人感觉，工业机器人的发展和应用，如果想更上一层楼，需要在以下方面做出改变：
1.本体厂商对设备精度和性能的提升，对传感设备的深层研发，并构架出闭环控制系统。
工业机器人普遍能达到低于0.1毫米的运动精度(指重复运动到点精度)，抓取重达一吨的物体，伸展也可达三四米。这样的性能虽不一定能轻易完成苹果手机上一些“疯狂”的加工要求，但对绝大部分的工业应用来说，是足以圆满完成任务。
随着机器人的性能逐渐提升，以前一些不可能的任务也变得可行起来(如激光焊接或切割，曾需要专门的高精度设备来指导激光的走向，但随着机器人精度的提升，现在也变得可依赖机器人本身的准确运动来代替了)。
但相比传统高端设备，如高精度数控机床，激光校准设备，或特殊环境(高温或特低温)设备等，工业机器人尚力不能及。
工业机器人是工业智能化的一个标志，它不仅体现在机械控制系统的智能编程上，还需要外部传感设备支持。为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器，大大改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。
2.本体厂商对数据底层接口的开放，本体厂商之间标准化接口和编程语言。
传统机器人的工作本质就是不断地走一个个的路径点，同时接收或设置外围的I/O信号(老和其他设置如夹具，输送线等合作)。而指导机器人这么做得过程，就是机器人编程。几乎每一家领先公司都有自家的编程语言和环境，从而需要机器人操作者参加学习培训。当机器人适用范围增广后，这个成本开始显现了。
这些厂商是有理由维护自家的编程环境的，一来工业机器人四十年前就开始规模化做了，那时还没有什么面向对象等现在广为熟知普遍认同的主流先进编程理念，二来萌芽阶段自家技术难免会和竞争对手不同，维护一个编程方式也无可厚非，三来因为他们的大客户往往也是传统的工业大客户，如大汽车厂商，这些客户求稳，自然不希望你机器人过几年就赶个热潮变换编程方式，搞得他们还得扔掉几十年的经验，重新花大钱培训学习。
标准化底层数据接口还有另外一个好处，就是直接给上层的应用级开发带来很多方便的地方。现在，大多数离线编程公司因为没办法拿到机器人底层数据接口，无法直接和机器人通信，所以程序调试起来很麻烦。同时，因为没有底层数据接口，离线编程应用等开发出来的功能也十分有限。这给编程人员和整个机器人应用的广泛普及都带来了很大的苦恼。
3.软件服务公司对机器人通用功能的完善，对工艺数据的处理。
机器人离线编程系统的研制和开发涉及的问题很多．包括多个领域的多个学科。目前工业领域的机器人离线编程软件种类也很繁多，软件的性能和功能也参差不齐，各有千秋。举例来说，国外离线编程软件发展较早，工业应用也比较成熟。像等都是首屈一指的离线软件大佬，他们在国内外的行业应用中，都经过大量的实践检验。国内的工业机器人离线编程软件虽然起步较晚，但是因研发投入较大，重视程度较高，所以进步很大，典型的案例就是北京华航唯实机器人公司的离线编程软件。其公司技术背景一是北航机器人研究所与CAD中心数十年的航空航天项目经验，二是数几十人的优秀研发团队，再加上背后财团的大力支持，商业化后短短两年就发展成国内离线编程软件的领导者，一骑绝尘，可谓成绩不俗。。
离线编程技术是未来工业机器人发展的重点之一，但是，就目前的工业应用来说，软件需要改进的地方还有很多。为推动这项技术的进一步发展，也需要多个方面的研究工作，下面就以大家比较熟悉的国产离线编程软件为例，来具体谈谈软件需要改进的地方：
a)多媒体技术在机器人离线编程中的研究和应用。友好的人机界面、直观的图形显示及生动的语言信息都是离线编程系统所需要的。在这些地方，相比较外国软件，做的已经很好了。当然，这个和它是国产软件，有一群了解中国人软件使用习惯的程序猿有很大关系。良好的人机交互体验能减少软件使用者的上手和学习难度，同时也能增加用户的使用欲望，帮助设计人员更好的工作。
b)多传感器的融合技术的建模与仿真。随着机器人智能化的提高，传感器技术在机器人系统中的应用越来越重要。因而需要在离线编程系统中对多传感器进行建模，实现多传感器的通讯，执行基于多传感器的操作。对于传感器的支持，据我所知，这方面的研究还比较少，国外同行做的也不尽如人意。机器人要想更智能化，传感器是一个非常关键的设备，其相关技术还需要大家共同努力，尽早突破。
c)各种规划算法的进一步研究。其包括路径规划、抓取规划和细微运动规划等。规划一方面要考虑到环境的复杂性、运动性和不确定性，另一方面又要充分注意计算的复杂性。我们知道，离线编程仿真软件，一个非常重要的功能就是，产线轨迹，轨迹规划和轨迹生成。为了减少不必要的成本，提高工作效率，我们使用软件更多的是出于设计方面的考虑。软件可以支持多机器人的产线规划，支持单机器人的轨迹规划和生成，这大大满足了我们工程师在设计方面的要求。
d)错误检测和修复技术。系统执行过程中发生错误是难免的．应对系统的运行状态进行检测以监视错误的发生，并采用相应的修复技术。此外，最好能达到错误预报，以避免不可恢复动作错误的发生。在程序仿真的时候，打开干涉检查功能，会对轨迹中的错误做初步检测。生成后置程序的时候，会对后置的机器人数据做最后的检测过滤，如果发现有不符合程序正常运行的数据，会拒绝生成后置代码。这样做的目的是最大程度减少，来自程序设计本身的失误。这一点需要给的设计人员点个赞，做的真的很好。
在解决上述软件通用功能以后，对工艺数据的整理组织也是一项十分重要的工作。专家库的建立，能够把软件编程和机器人操作的门槛降低，让更多的非专业工作人员进入到智能化产线当中。机器人换人的目的不是让人失业，而是解放劳动力，让设计人员把精力和时间投入到更有价值，更有意义的工作中去。随着全球老龄化的到来，随着员工的更新换代，操作经验和技术工艺也面临传承不济和逐渐流失的风险。如果离线编程软件能做好工艺数据的沉淀和应用，也算是功德一件。对于企业的自身发展，也很有帮助。目前，各个离线编程厂家或多或少都有自己的工艺数据包，像等这样有本体机器人做依托的离线厂家，工艺数据自然丰富强大一些，没有本体依托的软件厂家，也在做相关方面的研究。在东莞也建立起了自己的科学试验站，和多家国内本体厂商合作，专门从事打磨，焊接，去毛刺等工艺研究，现已积累大量可用于工业生产的工艺数据。
总结：只有当上述三个问题得以突破，工业机器人才能摆脱目前只是作为一种机械设备在行业领域应用的现状，从而进入广泛的市场。不止是作为人类的替代或人类能力的延伸，而是成为一个真正能够独当一面的机器人。我们相信这一天的到来，将会是人类科技发展史上非常重要，辉煌的一个篇章。
‘玖’ 工业机械手的组成和功能有哪些
工业机械手的分类机械手在随着时代的近不逐渐代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 工业机械手有哪些分类？下面就让小编来告诉你工业机械手有哪些分类吧，千万别错过哦！ 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、电动式、气动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 （1）按控制方式分 固定程序机械手：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。 （2）按驱动方式分 液压传动机械手 气压传动机械手 机械传动机械手 （3）根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类： 承担搬运工作的机械手：这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。 生产工业用机械手：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。 通用工业机械手：其用途广泛，可以完成各种工艺作业。 （4）按功能分类 专用机械手：它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。 通用机械手：又称工业机器人。它是一种具有独立控制系统的机械装置。具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。