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[!--downpath--]隨著工業(yè)機械化和手動化的發(fā)展以及氣動技術(shù)自身的一些優(yōu)點，氣動機械手早已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)手動化的各個行業(yè)。本文就氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)況和發(fā)展前景作了簡單概述。
1序言
近20年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴寬，尤其是在各類手動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)手動化程度更高，控制方法更靈活，性能愈發(fā)可靠；氣動機械手、柔性手動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，推動了電氣比列伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制步入閉環(huán)比列伺服控制，控制精度不斷提升；因為氣動占空比調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特性，國外外都在大力開發(fā)研究。
從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代，油壓與氣動器件的產(chǎn)量比約為9:1，而30多年后的明天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比列已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代中期開始，氣動器件產(chǎn)量的年遞增率達20%以上，低于中國機械工業(yè)產(chǎn)量平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2氣動技術(shù)及氣動機械手的發(fā)展過程
氣動技術(shù)是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質(zhì)，進行能量傳遞或訊號傳遞的工程技術(shù)，是實現(xiàn)各類生產(chǎn)控制、自動控制的重要手段之一。大概開始于1776年，發(fā)明能形成1個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次借助汽缸弄成氣動煞車裝置，將它成功地用到列車的剎車上。20世紀30年代初，氣動技術(shù)成功地應(yīng)用于手動門的開閉及各類機械的輔助動作上。至50年代初，大多數(shù)氣壓器件從油壓器件改建或演化過來機械助力臂扳手，容積很大。60年代，開始構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)，自成體系，不再與風動技術(shù)相提并論。在70年代，因為氣動技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，在手動化控制領(lǐng)域得到廣泛的推廣。80年代步入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今，氣動技術(shù)突破了傳統(tǒng)的死區(qū)，經(jīng)歷著飛越性的發(fā)展，人們克服了閥的數(shù)學規(guī)格局限，真空技術(shù)日趨完美，高精度模塊化氣動機械手問世，智能氣動這一概念形成，氣動伺服定位技術(shù)使汽缸高速下實現(xiàn)任意點手動定位，智能閥島非常理想地解決了整個手動生產(chǎn)線的分散與集中控制問題。氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。
氣動機械手指出模塊化的方式，現(xiàn)代傳輸技術(shù)的氣動機械手在控制方面采用了先進的閥島技術(shù)（可重復(fù)編程等），氣動伺服系統(tǒng)（町實現(xiàn)任意位置上的精確定位），在執(zhí)行機構(gòu)上全部采用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)。
90年代初，由阿姆斯特丹皇家軍事大學Y·Bando院士領(lǐng)導的綜合技術(shù)部開發(fā)研發(fā)的電子氣動機器人——“阿基里斯”六腳鉆探員，是氣動技術(shù)、PLC控制技術(shù)和傳感器技術(shù)完美結(jié)合形成的“六足植物”。
6個腳中的每一個腳都有3個自由度，一個直線汽缸把腳提起、放下，一個擺動電機控制腳伸展/退回運動，另一個擺動電機則負責圍繞腳的軸心做旋轉(zhuǎn)之用。由法蘭克福學院材料科學研究院設(shè)計的氣動攀墻機器人，它集遙感技術(shù)和真空技術(shù)于一體，成功地解決了垂直攀援等視為危險工作的操作問題。
Tron-X電子氣動機器人，能與人親切地握手，它的頸部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動，而且有良好的柔硬度。在幕后操縱人員的操作下（或通過自身的編程控制）能與人進行對話，或作自我介紹等。Tron-X電子氣動機器人集電子技術(shù)、氣動技術(shù)和人工智能為一體，它告訴我們，氣動技術(shù)才能實現(xiàn)機器人中最難解決的靈活的自由度，具有在足夠工作空間的適應(yīng)性、高精度和快速靈敏的反應(yīng)能力。
3氣動機械手的應(yīng)用現(xiàn)況
因為氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在低溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”’。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于車輛制造業(yè)、半導體及電器行業(yè)、化肥和化工，乳品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。
現(xiàn)代車輛制造鞋廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的點焊生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械手。車身在每位工序的聯(lián)通；車身殼體被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制焊接，都采用了各類特殊功能的氣動機械手。高頻率的焊接、力控的確切性及完成整個工序過程的高度手動化，號稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。
在彩電、冰箱等家用家電產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導體芯片、印刷電路等各類電子產(chǎn)品的裝配流水線上，除了可以見到各類大小不一、形狀不同的汽缸、氣爪，還可以見到許多靈巧的真空吸盤將通常氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地罩住，運送到指定目標位置。對加速度限制十分嚴格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN汽缸。氣動機械手用于對乳品行業(yè)的塊狀、粒狀、塊狀物料的手動計量包裝；用于煙草工業(yè)的手動卷煙和手動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；手動加蓋、安裝和旋緊氣動機械手，果汁罐裝箱氣動機械手等。據(jù)悉，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于藥業(yè)與醫(yī)療器械上。如：氣動手動調(diào)節(jié)病床，機器人，daVinci內(nèi)科放療機器人等。
4發(fā)展前景及方向
4.1重復(fù)高精度
精度是指機器人、機械手抵達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的幀率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指若果動作重復(fù)多次，機械手抵達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，假若一個機器人定位不夠精確，一般會顯示一個固定的偏差，這個偏差是可以預(yù)測的，因而可以通過編程給以校準。重復(fù)精度限定的是一個隨機偏差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更寬廣，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
4.2模塊化
有的公司把帶有系列導向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電插口和帶電纜線及食道的導向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。因為模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高硬度及精確的導向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特性。模塊化氣動機械手使同一機械手可能因為應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。
智能閥島的出現(xiàn)對提升模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了非常重要的支持作用。由于智能閥島原本就是模塊化的設(shè)備，非常是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了非常重要的作用，非常對機械手中的聯(lián)通模塊。
4.3無給油化
為了適應(yīng)乳品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑器件早已問世。隨著材料技術(shù)的進步機械助力臂扳手，新型材料（如焙燒金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑器件，除了節(jié)約潤滑油、不污染環(huán)境，并且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。
4.4機電氣一體化
由“可編程序控制器-傳感-氣動器件”組成的典型的控制系統(tǒng)一直是手動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動器件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，除了降低配線、配管和器件，但是拆裝簡單，大大增強了系統(tǒng)的可靠性。
而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在減小，由PLC直接控制線圈顯得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中顯得愈發(fā)得心應(yīng)手。
5結(jié)束語
氣動技術(shù)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，隨著氣動伺服技術(shù)走出實驗室，氣動技術(shù)及氣動機械手迎來了嶄新的夏天。目前在世界上產(chǎn)生了以臺灣、美國和歐共體氣動技術(shù)、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術(shù)和氣動機械手的研究與應(yīng)用都比較晚，但隨著投入力度和研制力度的加強，我國自主研發(fā)的許多氣動機械手早已在車輛等行業(yè)為國家的發(fā)展進步發(fā)揮著重要作用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和機械加工工藝水平的提升及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。因為氣動機械手有結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等眾多奇特的優(yōu)點，可以預(yù)見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業(yè)、軍事、航空、醫(yī)療、生活等領(lǐng)域。