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 ： 2013.3.4 2013.3.28吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 文 献 综 述- 0 -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 。吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 文 献 综 述- 1 -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 ，吉 林 化 工 学 院 本 科 毕 业 设 计 文 献 综 述- 2 -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