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吉林化工学院文 献 综 述气动机械手文献综述Pneumatic Manipulator literature review性 质: 毕业设计 毕业论文教 学 院： 机电工程学院系 别：机械电子系学生学号：09410315学生姓名：江家梁专业班级：机自0903指导教师：田爱华职 称：教授起止日期：2013.3.42013.3.28吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology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1 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。机械手是模仿着人手的部分动作，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”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率：可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单。专用性较强仅为某台机床的上下料装置是附属于该机床的专用机械手。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。由于通用机械手能很快的改变工作程序。适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。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。2 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。3 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。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。2) 模块化设计要求有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是气动机械手的一个重要的发展方向。智能阀岛的出现对提高模块化气动机械手和气动机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。3) 无油化工作要求为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4) 机电气一体化要求由“可编程序控制器-传感器-气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件，使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。4 气动机械手的应用现状气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如：气动自动调节病床，Robodoc机器人，daVinci外科手术机器人等。5 运用中存在问题1、 气动机械手以压缩空气为动力，其工作速度的稳定性较差，结构刚度也不强，响应速度也受影响；2、 气动机械手因为空气的可压缩性，定位精度较难保证，难以准确控制；3、 气动元件在工作过程中的噪音较大，并且难以消除；4、 气动机械手的效率不高；5、 其他气动元件常见问题。6 机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成（1）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。手部：即与物件接触的部件 由于与物件接触的形式不同可分为夹持式和吸附式手在本课题中我们采用夹持式手部结构 夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单制造容易故应用较广泛。平移型应用较少其原因是结构比较复杂但平移型手指夹持圆形零件时工件直径变化不影响其轴心的位置。因此适宜夹持直径变化范围大的工件手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的：手指有外夹式和内撑式；指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多时常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。手腕：手腕是连接手部和手臂的部件并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。立柱：是支承手臂的部件立柱也可以是手臂的一部分手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要有时也可作横向移动即称为可移式立柱。行走机构：当工业机械手需要完成较远距离的操作或扩大使用范围时，可在机座上安滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式布为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。机座：机座是机械手的基础部分机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上故起支撑和连接的作用。（2）驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统 目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令必要时可对机械手的动作进行监视当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(3) 控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种它支配着机械手按规定的程序运动并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令必要时可对机械手的动作进行监视。当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(4) 位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统并与设定的位置进行比较然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。7 结束语气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手方面最为领先。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用，为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点，气动机械手将越来越广泛地进人工业、军事、航空、医疗、生活等领域。.参考文献：1 张庆亮.基于PLC的气动机械手的设计.邯郸职业技术学院,2002.2 谭伟.李庆龙译.基于PLC的气动机械手手部结构设计优化方案.长江大学机电工程学院,1989.121-124.3 xiaocong Zhu. Integrated Direct/Indirect Adaptive Robust Posture Trajectory Tracking Control of a Parallel Manipulator Driven by Pneumatic Muscles. 20094 王伟,盛晓明,宋吉祥,等.基于PLC控制的冲床上下料气动机械手.苏州大学机电工程学院,2011,6月5 张毅.气动机械手概诉.天津工业大学,2012.6 侯兰香.李凤刚.赵忠波.气动机械手关节结构设计，2012,10月7 姚斌,Adaptive robust posture control of a parallel manipulator driven by pneumatic muscles,20088 建武，Sherif Abdelwahed ,An Efficient Finite-Input Receding Horizon Control Method and Its Application for the Pneumatic Hopping Robot，2008，三月9 吴静茹，一种机械手及其运动设计，柳州欧维姆机械股份有限公司，201210马良，张庆峰，一种新型数控气动机械手的设计与研究，迪艾工程技术有限公司，2011,2月Pneumatic Manipulator literature reviewAbstract：With the development of industrial mechanization and automation and pneumatic some of the advantages! Pneumatic manipulator has been widely used in the production automation industry in this article a brief overview of the application status and development prospects of the pneumatic manipulatorKey words：pneumatic technology application and development of pneumatic manipulator
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