气动机械手系统设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要10积分

气动机械手系统设计论文
帚第-早章殖绪化论
1.1机械手构成
机械手主要由手部、运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。为了抓日间中任意位置和方位
的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手
的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。-般专用机械手有2～3个自由度n。。
1.2机械手的种类
按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、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；按运动轨钾制方式可分为点位控制和连续轨钾制
机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线
上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，-般没有独立的控制装置。有些操作
装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机
械手。机械手在锻造工业中的应用能进-步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等
劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第-台
机械手引。
1.3气动技术的发展
20世纪80年代以来，气动技术的应用领域迅速拓宽，在各种自动化生产线上及机
床夹具上得到广泛应用。PLC技术与气动技术相结合，使气动技术控制方式更灵活；
气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动控制技术提出了越来越高的要求；
而电气比例伺服技术与现代控制理论的发展，把气动控制技术从开关控制发展成闭环
比例伺服控制，控制精度不断提高，现在国内外都在进行该技术的研究口3。
从国内外的统计资料来看，20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9：1，
到21世纪初，在欧美、日本等工业化国家，该比例已达到6：4，甚至接近5：5。我
国的气动控制技术研究较晚，但发展速度较快。从20世纪80年代开始，气动元件产
值的年递增率在20%以上M1。
1.4气动技术与气动机械手的发展过程
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-51。大约开始于
1776年，Johnwilkimson发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机1880年，人们第
-次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。20世纪30年代初，
气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至50年代初，大多数
气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大16]。60年代，开始构成工业控制系统，
自成体系，不再与风动技术相提并论。在70年代，由于气动技术与电子技术的结合应
用，在自动化控制领域得到广泛的推广。80年代进入气动集成化、微型化的时代。90
年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理
尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度拈化气动机械手问世，智能气动这-概念产
生，气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决
了整个自动生产线的分散与集中控制问题。气动机械手作为机械手的-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15J。
气动机械手强调拈化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的
阀岛技术(可重复编程等)，气动伺服系统(可实现任意位置上的精确定位)，在执行机
构上全部采用拈化的拼装结构"J。
90年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院Y·Bando教授领导的综合技术部开发研制的
电子气动机器人-5可基里斯”六脚勘探员，是气动技术、PLC控制技术和传感技术
完美结合产生的六足动物”。6个脚中的每-个脚都有3个自由度，-个直线气缸把脚
提起、放下，-个摆动马达控制脚伸展/退回运动，另-个摆动马达则负责围绕脚的轴
心做旋转之用。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术
和真空技术于-体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题15J。Tron2X电
子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部、腰部、手能与人类-样弯曲运动，并
且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下(或通过自身的编程控制)能与人进行对
话，或作自我介绍等。Tron2X电子气动机器人集电子技术、气动技术和人工智能为-
体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度，具有在足够
工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力7J。
1.5气动机械手的应用
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-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、精密仪器和军事上哺J。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