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江西蓝天学院本科生毕业设计（论文)
化设备的工作需要，按照预定的控制程序动作，而机械手能快速、准确地搬运重物、具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间、灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位。机械手在自动化领域中，特别是在有毒的、易燃、易爆、强磁、强辐射、多尘埃、潮湿、振动等恶劣环境下，得到了广泛的应用。与其他类型的机械手相比较，气动机械手具有结构简单、易于控制、造价较低、维护方便、动作迅速、质量小、平稳、可靠和节能等特点。然而对机械手工作稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性的考虑，采用PLC为核心的控制器的气动机械手，它定位精度高，同时还兼顾了低成本和高通用性的特点，具有一定的代表性[5][6][7][8]。
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。
(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器的作用日益重要，除了采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制，多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例[5-8]。
开始兴起机器人化机械。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国
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的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离。例如:可靠性低于国外产品，机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距，在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中[5][6][7][8]。
1.4 气动机械手的简介
1.4.1 气动技术
气动技术（Pneumatics）是根据压缩空气为介质来控制和传动机械的一门比较专业的技术。而“Pneumatics”这个词是起源于希腊的“Pneuma”，它的原本意思为“呼吸”，后来被演变为“气动技术”的意思。气动技术是被称为工业自动化的“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业的领域里受到人们的重视越来越大，而且获得了广泛的应用。在最近几年，随着通信技术、自动化控
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制技术和微电子技术的迅猛发展，使得气动技术不断创新，尤其在工程实际应用方面，有了前所未有的发展。
由于气动技术拥有节能、高效、防火、防爆、无污染、低成本、抗辐射、抗干扰、结构简单、安全可靠等等优点，使得气动技术广泛的应用于电子、食品、汽车制造、工业机械等工业产业中。随着新技术、新工艺、新材料的开发应用，气动技术已经突破传统的制造理念和设计，正在微电子、医疗机械、IC/LCD、生物制药等一些高技术领域扮演重要角色。
随着这几年生产自动化程度不断提高，相应着气动技术的应用面也迅速扩大，气动产品的品种规格也持续增多，品种质量和性能也不断提高，在市场上的销售产值也得到稳步增长。在一些工业技术发达的欧美、日本等国家，气动元件的产值和液压元件的产值也相差不多，而且气动元件还以比较快的速度发展着。气动工业的迅速增长，刺激和促进了气动技术的不断发展。目前气动技术也正朝着小型化、精确化、集成化、高速化和复合化的方向不断发展。
1.4.2 气动机械手
气动机械手和其他控制方式的机械手相比较，拥有节能、高效、防火、防爆、无污染、低成本、抗辐射、抗干扰、结构简单、安全可靠等特点。
表1.2 各种控制方式的比较
项目 系统结构 安装自由度 输出力 定位精度 动作速度 响应速度 清洁度 维护 价格 技术要求 控制自由度 危险性 气压传动 简单 大 稍大 一般 大 慢 清洁 简单 一般 较低 大 几乎没问题 液压传动 复杂 大 大 一般 稍大 快 可能污染 比气动复杂 稍高 较高 大 注意火 电气传动 复杂 中 小 很高 大 快 清洁 需要专门技术 高 最高 中 一般无问题 机械传动 较复杂 小 不太大 高 小 中 较清洁 简单 一般 较低 小 无特殊问题 根据上表可以看出气动机械手是在现有机械手的基础上发展起来的，两者的区别在于气动机械手的发展起点较高，而且气动机械手强调模块的形式，把
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专用的机械手和通用的机械手相结合起来。目前气动机械手的基本结构由控制部分、感知部分、主机部分和执行部分组成。气动机械手的智能阀岛是采集感知信号和控制信号，气缸、摆动马达完成执行动作，气动伺服定位系统完成伺服系统，而主机部分采用标准型材辅模块化装配形式，使气动机械手拓展成标准化和系列化的产品。
在实际应用情况下，人们根据要求选择相应功能和参数，就如积木一样去随意组合，这种先进的设计思路是气动机械手今后的发展方向，还贯穿气动机械手的发展和实用性。由此，气动机械手可代替功能不理想的一些机械手地位，在当前的工业自动化生产线上有着广泛的应用前景。
1.4.3 气动机械手的发展趋势
尽管在目前世界工业化经济的发展放缓，造成气动机械手的发展也受到一定的影响。但是气动机械手作为新兴科技产物的发展势不可挡。
气动机械手的发展在目前呈现的趋势为：结构模式化、系统应用集成化、控制智能化、可靠性越来越高、感觉功能越来越强、操作越来越容易灵活和逐渐向微型化的方向发展。
1.4.4 课题的提出
自从进入21世纪以来，随着工业自动化程度的提高，我国人口老龄化的提前到来，好多工厂企业出现大量缺工的现象，这也使得我们为了降低工人的劳动强度，同时还要提高劳动的生产效率，提高工业自动化水平，以至于把机械手用于工业自动化生产线上，把工业产品从一条线搬运到另外一条生产线上，从而实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性的劳动，同时又把劳动生产效率提高了。为此，我们把机械手作为我们研究的课题。
而机械手的采用大多数为液压传动，液压传动存在以下的几方面不足之处： （1）液压传动在工作中会有比较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等）液压传动的泄漏会对工作场地造成污染，限制相应的应用范围，也可能会引起失火事故，影响有关执行部件的部分运动平稳性及正确性。
（2）液压传动在工作的时候受到温度变化的影响比较大。油的温度变化时，液体粘度变化，会引起运动的特性变化。
（3）为了减少液压传动中的泄漏，对液压元件的制造工艺水平就要更高的
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