近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用.pdf

1999 年 10月 王雄耀 近代气动机器人 气动机械手 的发展及应用 作 上下肢及肩部等 在这个控制系统 中 气动伺服被组成了一 个闭环控制系统 而 MP Y E伺服阀能确保气缸 任意位置的精确反应 位置传感器 用线性位移 转换器 安装在机器 人身体的各个部分 将检测 信号反馈到闭环控制系统 整个机器人应用了 3 2个 s Pc 一1 0 0气动伺服控制器 同时 控制系 统将数字信号传输给 CP 阀 Tr o n 一X 电子气动机器人的嘴和 眼睛同步 协调的快速反 应是由新系列 C P 阀及微型 EG 气缸实现的 机器人每个手指不同的动作也是 由DSNU双作用气缸和CP阀来完成的 由于这个机器人是不锈钢制造的 这就意 味着它的大部分重心在上半部躯干 和下半部躯 体上 为了保持它的动作十分流畅 用MP Y E 气动伺服阀和 D SW 圆形气缸来实现 Tr o n 一X 电子气动机器 人告诉人们 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 从上述三个实例中可见 气动机器 人已经 取得了实质性的进展 就它在三维空间内的任 意定位 任意姿态抓取物体或握手而言 不管对 于 阿基里斯 六脚勘探员 攀墙机器 人 还是 T ron 一X 电子气动机 器人 都显示出它们具有足 够的 自由度来适应工作空间区域 气动技术发 展 至今 用直线气缸 旋转摆动马达来解决气动 机器人中一般的关节活动和 空间自由度已不再 成为问题了 需 要补充说明的是 气缸低速运行 平稳性这一点也不成问题了 很多场合使用 低 速气缸 其速度在 sm m s 的情况下也能平稳运 行 因此 从根本上改变了传统观点 由可压 缩性的空气作为介质的气缸运动速度有冲击颤 动或低速运行不平稳的缺陷 气缸的运行从低 速 sm m s 到最高1 7m s 表明了它有一个十分 丰富 宽广的速度区域 以适应各种层次的速度 等级需要 从 Tr o n 一x 电子气动机器 人与人握手 弯 腰向人致意等类似人的动作可知 气缸 活塞的 运动并非到达气缸端盖终点 而是根据指令信 号使气缸停顿在某个位置上 也就是说气缸运 动可以在任意位置上停止 这是一个很大的突 破 如果气动不能解决 自动定位技术 即使在系 统 中已采用大量的气 动元件 如气缸 电磁阀 等 控制方面也有可编程控制器来完成 但就 本质而言 还不能被称为真正的气动机器人 气 动机器人除了强调它可重复编程之外 更重要 的是它在运动过程中可完成任意位置上的自动 定位 正是由于气动伺 服定位技术的突破 气动 机器 人才得以走出实验室的研制阶段 传统机器人的自动定位一直是依靠伺服电 机 步进马达或液压伺服定位系统来完成的 而 Tr o n 一X 电子气动机器人应用的则是 SPC 一 10 0 气动伺服定位系统 通过查阅资料可知 在气动 伺服闭环定位系统的控制下 它的运行速度在 sm s 的情况下 定位精度可达士 0 1 士0 2 m m 尽管它的精度比起伺服电机和步进马达 要 差 一个等级 但它结构简单 速度高 抗环境 污染及抗干扰性强 价格要比伺服电机和步进 马达便宜得多 因此 气动伺服定位技术一经出 现 便受到工业界和学术界的高度重视 同时为 气动机 器 人 气动机械手大规模进入工业自动 化领域开辟了十分宽广的前景 图 4 所示是一个分拣气动机械手 由于气 动伺服定位系统在X轴和 Y 轴上任意位置定 位 所以能把经检测后不合格的产品分拣出来 可任意位置自动定位的气动机械手 对于 日日日日 图 4 用于分拣的气动机械手 液压 气 动 与密封 199 9 年第 5期 机械手的机械设计同样具有十分重要的意 义 原先要设计某一专用机械手时 由于无法做到 气缸在任意位置上的定位 因此气缸的定位是 靠选择它的两个终点位置来实现的 如选用多 位气缸 见图 5 它的定位长度由气缸的行程 预 先来确定 如果我们需要 增 加一 个停顿位置 或者要改变其中两个位置 之间的距离 原来设 计的多位置气缸便完全失去了功能 如果要求 停的位置越多 那么它 的滑块导向机构设计就 越复杂 也有在其外部设立 固定挡块来限制位 置定位的 由于受到挡块本身尺寸的限制 两个 相邻近位置间的距离必须大于挡块 的尺寸 且 挡块也经不起重载和高速冲击 方 案 也就是可能重新按上述步 骤再次从设计 到加工一步一步地做起 因此 一条自动生产线 或一个气动机械手等机械装置 要 允许方便地 改动或重新设置其部件 并能更快地投产 只有 这样才可以降低安装和转换工作的费用 另一 方面 使产品的生产厂商在短时间内 或数量很 少的时候 也能应市场需求保证供应新产品 做 到更有吸引力和更有个性 要真正做到最快 最简单 最方便地改动机 械手 使设计人员不必每一次为某一个改变而 重新构思设计 要使气动机械手在工业上得到 大规模的应用 就一定要符合标准化 系列化 模块化 集成化 其核心是模块化 气缸位I 毛到l胜三乡 A匕 LU 一 参考文献 F ESTO T IP S No 88 19 95 A e hille s 一T he Six l eq qe dS u rveyo r F E S TOF ISN o 4 6 19 98 T r on 一X一 A n Ele et rop ne u m atie H u m a n Being FE STOT IP SN o 95 19 99 Ai r Brings Robo tto L ife 行 程2 行程1行程2 冲 卜尸 州韭二 以 蛋三兰 作者 王雄耀 194 7年8 月生 毕业于上海外岗工业学 校 高级工程师 现任费斯托 中国 有限公司副总经理 生产 技术 销售 收稿日期 199 9 一07一15 图 5 多位置气知示意图 从设计角度出发 工程师设计步骤是先根 据工况条件 工件的位置 负载 受力情况 速度 等因素 确认采用几维空 间的多轴组合坐标系 统 滑块导向机构的设计 强度 刚度 长度的计 算 抓取搬运的行径线路 和距离的确认 气缸 缸径 行程长度和抗扭转措施的选择 气缸与滑 块导向机构的柔性连接或刚性连接 包括连接 件的设计加工 传感器 电磁阀及 P LC 连接的 接 口技术等等 从方案的论证 设计到 加工制 造 采购 装配及调试 中间环节 冗长而繁琐 一 个操作工艺 就 需要 一套设计方案 如果需 要 改 变其中某些操 作工艺要求 就要涉及整个设计 Hyd rau lic sP neu m a tic s S e a ls N o 5 19 99 Se r i a l N o 77 SP e c ial Is s ue f or F e sto Chin a Ltd C on tents Ab stracts an d Ke yw o r d s F E S TO a nd P n e u l n a t l c Te c 加o l og y 切u H ua l a t l T heN ew De velopment inPn e umatlc Te c 如 olog y Zh o u H o u g 2 A bst限t T o fitin the dev eloPme n t t hein te rnatio nal pn e umatie ind u strye ngages inimp rov ing the fe a tureofpneu m a tiee ompo n ents redu eing Pr odu etio neost me a nwhile t hey a re dedie a tedto de v elopn e wPro d u ets Th ea uthor holds thatthe re e ent 10y e a rs de v elopme n tofpneu m a tiea rea high ligh ts in twoa r e a s thee om bi n a tionofpne umatleand me ehaniealte ehnologyand that ofPn e u m a tieandele etrieteehnology The artiele in trodu e e ssomes ue ee ssfulap plie atio nofn e w pro d u ets illu strating thedeveloping tr e nd in thesetw o are as Key和r d s P eu m a tic Co ntr o lRob ot Me c恤t rol d c s决r v o Co nt ro l 玩t el llge nt P n e umatlc s V目ve 介m恤目 F 五 eld bus Pr o p e r tina lCo nt r o l Con st a nt一s讲ed Cy lin der a n dH lg 血 一s州比d Cy lin der 一 一 w 留x lo叫盯a O 23 A加t既t In pn e umatie te eh n o log y t he spe edofeylin der 15 a n im 即 rta nt te ehn i e al P a r amete r ThePaPe r an a lyz e sthe low e stste ady spe ed n ostiek一slipeffeet and the utmost spee d the eylinderean r e a eh Keywo川s 加 Co 口妞nt一s 佛 ed Cy ll der Co 因ta t 一s碑ed Cy l 卜 de r L仰 一州ctlo Cyllnde rH lg卜sp e ed Cyllnde r B 代川比 ay P r吧日g U te T 卜eDe velop m e nt a n d t血e A P P lic a tlon oft 七e MO d e m Pn euma tle Rob ot wa ng Xl o g y l 3 A加tr a c t Wi th 3 examPlesofPn eumatierobots t h e a rtiele intro du e es how Pne umatiete ehnolog y ap pl ies to robot e sPe eially T ron一Xele ctrie一pneumatierobot whiehha ssue e e s s ful ly adopted F e sto SP C10 0 Pneumatie 一ser vo te ehnology This te ehnique ha s be ende velope dasa thirde omPlete ne w one w ith uniqueehar aeter and fe a tu r era nkedafterele etrie一se r voand hydr aulie一s e r voteeh nlqu e T he e ombinationofcylinde roptiona l a uto Positio ning a nd mo d ular pne umatie r o bo ta rm 15 surelyto bring gre atbe n efit to a uto m a tiepro d u etion 11能withhigh effieie n c y Key o r d s Pn e恤atle RobotP n e u 四 tle 一s er vo A uto Po sitio n 恤 Mo d ulatlo n L a b R e e a r ch f or Me c七 a nlsm M目elli ngof P n e um a tle S e r v o Sys t em Ta o G u o l l a n旧e t 目 2 6 Ah str a c t T he artiele dis e u s sesthe metho d of Pn eum a tie serv o system mo delli飞 ela rifie s it s prin eiple and fe a tu r e a nde mph a siz esthe lab analys is ofeontrolvalv e A e eordingtothete stre sult the a uthorra is es mo dified flow equ atio n Key or d s P r已拐u r e 一f l ow E qu atlo n P ne u tle Pn e u tle s e r vo s y st e m Me c七 nlsm Odell i叱 Lab R e ea reh 几 e Pn e um a t le歇r v o Systemfo r WI叻ingo t Rub加r歇r e e 一 二 Z 七 堪 G u 月 9时目 32 Ah s tr a ct The pape r in tr o d u eestheap plie ationofthes e rvosys tem f o rr ubbe rsere e n winding us i叩 theeylin der pr叩orti o n a l valve ax le eontrolle ra ndPositio ntr andue e reomPo ne nts Keyw o rds Pneumatle Wlndi ng S er v o s y 妞口 F ESTO D lda etle Systemf o r A utomatlon Co ntr ol 二 二 二 二 二 Ga o QIe t a l 17 A加t ract T he a rtiele in tr o d ue e sthestr uetur eof F esto dida etie system for auto m atio neo ntrol an dit sap plie atio n inm eehatro nie s COUr se K ey o r t l s Me ch a tro nic s Pr ofe s sio n目Tr ain纽gU卜to date Co ntr ol Te e h n ol鳍y MP S T h e AP Pllc atio n o f P n e matic S e r v o System o n M u ltl 一p e l a tWdd in g M a c址n e 一 J l n 毋吐 u g e ta l 3 4 A加tra ct The a rtiele des eribes the aP Plie ationof Pn e umatiese r v o systemo nthe multipoin t welde r of Shansha iHuizh ong A uto m o bileH a rdwa r e Co L td t hu s intro du e estheeo nstru etionan d f e a ture ofs e r v osystem Keywo rd s P neumatle 阮r v o Multl卯in t Weld er T 0 Ca se S of F a s tP肚u tieOP f r a tio n M a C触川即且期 3 6 加tr a c t The a rtiele illu st r ate stheuniques u 碑 r io rityof f ast pn eumatie o 伴r ation with two typie al e x amples一pn e u m a tie fa st to ol changerandemergeneys ee urity do o relos ingin0 5 se cond Key ords F a s tT佣I C肠nger Emer g e nc y旋c ur ity Deg o t Pr ot忱tio nI P 6 7 Re s e a r eh a n dAP Plic a tio n of A dva n ee d Inte g rate d E le ctd e S er v o Co o r d l n ate s Cylinde r T a o Gu olla n g et 日 20 A加tr a c t Cylinde r15w ild usedasa etuatio nunits in pn e umatie system whilem a inly eo ntrolled by s w it e he s Thi s a rtiele stud ie s a ne wkind ofs e rvoeylinder wh iehin eorPor ate saetu ationunit Pro ximity se nsor va lv e a ndeo n ne etio no f eontrol into o ne mod ule F urther di se us se d1 5 rhe pne ur n atiee ompositive fe at ure es P e eiallytheeylinderstatie f riet io n whieh enables theProvision of qualifiedpn eumat leInte g rate d units fo r highpe rforma n e eser vo system Als o t hede sig neyeleof servo system 15 e utshort by la rg e K ey o r d s 二I h a eumatic Pr o P Or t io