机器人常用气动元件与控制回路简介

1、机器人常用气动元件与控制回路简介1机器人常常用气动动元件与与控制回回路简介介第1章 机器器人常用用的气动动元件第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图2机器人常常用气动动元件与与控制回回路简介介第1章 机器器人常用用的气动动元件第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图3第1章 机器器人常用用的气动动元件机器人或或机器手手所使用用的气动动控制系系统是以以压缩空空气为工工作介质质，在控控制元件件的控制制和辅助助元件的的配合下下，通过过气动执执行元件件把空气气的压缩缩能转换换为机械械能，从从而完成成机器人人或机器器手的直直线或回回转运动动并对外外做功。4第1章 机器器人常用用的气动动元件一、气动动控

2、制系系统的组组成一般气动动控制系系统主要要由气动动执行元元件、气气动控制制元件、空气压压缩机和和系统控控制器等等器件所所组成。气动执行行元件（气缸）气动控制制元件空气压缩缩机系统控制制器气动二联联件5第1章 机器器人常用用的气动动元件一、气动动控制系系统的组组成一般气动动控制系系统主要要由气动动执行元元件、气气动控制制元件、空气压压缩机和和系统控控制器等等器件所所组成。气动执行行元件（气缸）气动控制制元件空气压缩缩机系统控制制器气动二联联件6第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件在气动控控制系统统中，气气动执行行元件是是一种将将压缩空气气的能量量转化为为机械能能，实现现直线、摆

3、动或或者回转转运动的的传动装装置。在气动系系统中常常用的执执行元件件是气缸和气马达。气缸用于于实现直直线往复复运动；气马达则则是实现现连续回回转运动动的动作作。7第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件在气动控控制系统统中，气气动执行行元件是是一种将将压缩空气气的能量量转化为为机械能能，实现现直线、摆动或或者回转转运动的的传动装装置。在气动系系统中常常用的执执行元件件是气缸和气马达。气缸用于于实现直直线往复复运动；气马达则则是实现现连续回回转运动动的动作作。8第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理带有快速速接头的的限出型气缸节节流阀的的气缸外

4、外观如图11所示。其中，节节流阀的的作用是调节气气缸的动动作速度度，节流阀上上带有气气管的快快速接头头，只要要将合适适外径的的气管往往快速接接头上一一插就可可以将管管路连接接好了，使用十十分方便便。气缸缩回回限位和和气缸伸伸出限位位安装了了磁感应应接近传传感器，用于气气缸伸出出、缩回回的位置置限定。图11 外观图9第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理带有快速速接头的的限出型气缸节节流阀的的气缸外外观如图11所示。其中，节节流阀的的作用是调节气气缸的动动作速度度，节流阀上上带有气气管的快快速接头头，只要要将合适适外径的的气管往往快速接接头上一一插就可可以将

5、管管路连接接好了，使用十十分方便便。气缸缩回回限位和和气缸伸伸出限位位安装了了磁感应应接近传传感器，用于气气缸伸出出、缩回回的位置置限定。图11 外观图10第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理图12所示为气气缸的工工作原理理，给出了在在双作用用气缸装装上两个个单向节流阀的的连接示示意图，这种连连接方式称为排排气节流流方式。图11 外观图图12 气缸的工作原理11第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理图12所示为气气缸的工工作原理理，给出了在在双作用用气缸装装上两个个单向节流阀的的连接示示意图，这种连连接方式称为排排气

6、节流流方式。图11 外观图图12 气缸的工作原理12第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理当压缩空空气从A端进气、从B端排气时，单单向节流流阀A的单向阀阀开启，向气缸无杆杆腔快速速充气；由于单单向节流流阀B的单向阀阀关闭，有杆腔腔的气体体只能经节流阀阀排气，调节节节流阀B的开度，便可改变变气缸伸伸出时的的运动速速度。反之，调调节节流流阀A的开度则则可改变变气缸缩缩回时的的运动速速度。这这种控制制方式，活塞运运行稳定定，是最最常用的的方式。图12气缸的工工作原理理13第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件1.气缸的工工作原理理当压缩空空气从A

7、端进气、从B端排气时，单单向节流流阀A的单向阀阀开启，向气缸无杆杆腔快速速充气；由于单单向节流流阀B的单向阀阀关闭，有杆腔腔的气体体只能经节流阀阀排气，调节节节流阀B的开度，便可改变变气缸伸伸出时的的运动速速度。反之，调调节节流流阀A的开度则则可改变变气缸缩缩回时的的运动速速度。这这种控制制方式，活塞运运行稳定定，是最最常用的的方式。图12气缸的工工作原理理14第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如下下所示薄型气缸缸气动手爪爪15第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如下下所示薄型气缸缸气

8、动手爪爪16第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如下下所示笔型普通通气缸无杆气缸缸无杆气缸缸是指只只有活塞塞而没有有活塞杆杆的气缸缸，外部部负载与与活塞相相连，通通过气压压的大小小来控制制活塞的的位移。17第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如下下所示笔型普通通气缸无杆气缸缸无杆气缸缸是指只只有活塞塞而没有有活塞杆杆的气缸缸，外部部负载与与活塞相相连，通通过气压压的大小小来控制制活塞的的位移。18第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如

9、下下所示气马达转动气缸缸19第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件几种常见见的气动动执行元元件实物物图如下下所示气马达转动气缸缸20第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件2、几种常见见的执行行元件图图形符号号21第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件2、几种常见见的执行行元件图图形符号号22第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件3、几种常见见的执行行元件应应用特点点单作用气气缸单作用气气缸结构构简单，耗气量量少，缸缸体内安安装了弹弹簧，缩缩短了气气缸的有有效行程程，活塞塞杆的输输出力随随运动行行程的增增大而减减小，弹弹簧具有有吸收

10、动动能的能能力，可可减小行行程终端端的撞击击作用；一般用用于行程程短，对对输出力力和运动动速度要要求不高高的场合合。23第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件3、几种常见见的执行行元件应应用特点点双作用气气缸通过双腔腔的交替替进气和和排气驱驱动活塞塞杆伸出出与缩回回，气缸缸实现往往复直线线运动，活塞前前进或后后退都能能输出力力（推力力或拉力力）；活活塞行程程可以根根据需要要选定，双向作作用的力力和速度度可根据据需要调调节。24第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件3、几种常见见的执行行元件应应用特点点无杆气缸缸节省空间间，行程程缸径比比可达50至200，定位精精

11、度高，活塞两两侧受压压面积相相等,具有同样样的推力力，有利利于提高高定位精精度，长长行程制制作可能能。结构构简单、占用空空间小，适合小小缸径、长行程程的场合合，但限限位器使使负载停停止时，活塞与与移动体体有脱开开的可能能。25第1章 机器器人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件3、几种常见见的执行行元件应应用特点点气动手爪爪气动手爪爪的开闭闭一般是是通过由由气缸活活塞产生生的往复复直线运运动带动动与手爪爪相连的的曲柄连连杆、滚滚轮或齿齿轮等机机构，驱驱动各个个手爪同同步做开开、闭运运动；主主要是针针对机械械手的用用途而设设计的，用来抓抓取工件件，实现现机械手手的各种种动作。26第1章 机器器

12、人常用用的气动动元件二、气动动执行元元件3、几种常见见的执行行元件应应用特点点摆动气缸缸利用压缩缩空气驱驱动输出出轴在一一定角度度范围内内作往复复回转运运动，其其摆动角角度可在在一定范范围内调调节，常常用的固固定角度度有90、180、270；用于物体体的转位位、翻转转、分类类、夹紧紧、阀门门的开闭闭以及机机器人的的手臂动动作等。27第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件在气动控控制系统统中，控控制元件件是控制制和调节节压缩空空气的压压力、流流量和流流动方向向，以保保证执行行元件具具有一定定的输出出力和速速度并按按设计的的程序正正常工作作。气动控制制元件主主要有气气动压力力控制阀

13、阀、方向向控制阀阀和流量量控制阀阀。1、气动压压力控制制阀气动压力力控制阀阀用来控控制气动动控制系系统中压压缩空气气的压力力，以满满足各种种压力需需求或节节能，将将压力减减到每台台装置所所需的压压力，并并使压力力稳定保保持在所所需的压压力值上上。28第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件在气动控控制系统统中，控控制元件件是控制制和调节节压缩空空气的压压力、流流量和流流动方向向，以保保证执行行元件具具有一定定的输出出力和速速度并按按设计的的程序正正常工作作。气动控制制元件主主要有气气动压力力控制阀阀、方向向控制阀阀和流量量控制阀阀。1、气动压压力控制制阀气动压力力控制阀阀用来控控

14、制气动动控制系系统中压压缩空气气的压力力，以满满足各种种压力需需求或节节能，将将压力减减到每台台装置所所需的压压力，并并使压力力稳定保保持在所所需的压压力值上上。29第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件1、气动压压力控制制阀气动压力力控制阀阀主要有有安全阀阀、顺序序阀和减减压阀三三种。安全阀顺序阀30第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件1、气动压压力控制制阀气动压力力控制阀阀主要有有安全阀阀、顺序序阀和减减压阀三三种。气动三联联件减压阀将分水滤滤气器、减压阀阀和油雾雾组合在在一起使使用的器器件俗称称气动三三联件。31第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动

15、动控制元元件1、气动压压力控制制阀气动压力力控制阀阀主要有有安全阀阀、顺序序阀和减减压阀三三种。气动三联联件减压阀将分水滤滤气器、减压阀阀和油雾雾组合在在一起使使用的器器件俗称称气动三三联件。32第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件2、流量控控制阀流量控制制阀在气气动系统统中通过过改变阀阀的流通通截面积积来实现现流量控控制，以以达到控控制气缸缸运动速速度或者者控制换换向阀的的切换时时间和气气动信号号的传递递速度。流量控制制阀包括括调速阀阀、单向向节流阀阀和带消消声器的的排气节节流阀等等三种。 33第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件2、流量控控制阀流量控制制

16、阀在气气动系统统中通过过改变阀阀的流通通截面积积来实现现流量控控制，以以达到控控制气缸缸运动速速度或者者控制换换向阀的的切换时时间和气气动信号号的传递递速度。流量控制制阀包括括调速阀阀、单向向节流阀阀和带消消声器的的排气节节流阀等等三种。 34第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件2、流量控控制阀流量控制制阀包括括调速阀阀、单向向节流阀阀和带消消声器的的排气节节流阀等等三种。 调速阀单向节流流阀带消声器器的排气气节流阀阀35第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件2、流量控控制阀流量控制制阀包括括调速阀阀、单向向节流阀阀和带消消声器的的排气节节流阀等等三种。 调速

17、阀单向节流流阀带消声器器的排气气节流阀阀36第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀方向控制制阀是气气动系统统中通过过改变压压缩空气气的流动动方向和和气流通通断，来来控制执执行元件件启动、停止及及运动方方向的气气动元件件。由于通常常用电磁磁控制换换向阀，所以简简称电磁磁阀。电磁阀是是气动控控制中最最主要的的元件，它是利利用电磁磁线圈通通电时，静铁心心对动铁铁心产生生电磁吸吸引力使使阀切换换以改变变气流方方向的阀阀，根据阀心心复位控控制方式式，又可可以分为为单电控控和双电电控两种种。电磁阀的的实物图图如下图图所示。37第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制

18、元元件3、方向控控制阀方向控制制阀是气气动系统统中通过过改变压压缩空气气的流动动方向和和气流通通断，来来控制执执行元件件启动、停止及及运动方方向的气气动元件件。由于通常常用电磁磁控制换换向阀，所以简简称电磁磁阀。电磁阀是是气动控控制中最最主要的的元件，它是利利用电磁磁线圈通通电时，静铁心心对动铁铁心产生生电磁吸吸引力使使阀切换换以改变变气流方方向的阀阀，根据阀心心复位控控制方式式，又可可以分为为单电控控和双电电控两种种。电磁阀的的实物图图如下图图所示。38第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀电磁阀的的实物图图如下图图所示。单电控39第1章 机器器人常用用的气动

19、动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀电磁阀的的实物图图如下图图所示。双电控40第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀电磁控制制换向阀阀易于实现电气联合控控制，能能实现远远距离操操作，在气动控控制广泛泛使用。注意的是是，两侧的的电磁铁铁不能同同时得电电，否则则将会使使电磁阀阀线圈烧烧坏。为此，在电气气控制回回路上，通常设设有防止止同时得得电的联联锁回路路。41第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀如图1-3所示为单单控直动动式电磁换向向阀的工工作原理理。靠电电磁铁和弹簧簧的相互互作用使使阀芯换换位实现换向向。图13所示为电电磁

20、铁断断电状态，弹弹簧的作作用导通通A、T通道，封闭闭P口通道；当电磁铁铁通电时时，压缩缩弹簧导导通P、A通道，封封闭T口通道。图13 单控直动式电磁阀的工作原理42第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀“位”：指的是是为了改改变气体体方向，阀阀芯相对对于阀体体所具有有的不同的工工作位置置。“通”：指的是是换向阀阀与系统统相连的通通口，有有几个通通口即为为几通。图1-3中只有两两个工作作位置，具有供气气口P、工作口口A和排气口口T，故为二二位三通通阀。图13 单控直动式电磁阀的工作原理43第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀图14

21、分别给出出二位三三通、二二位四通通和二位位五通单单控电磁磁换向阀阀的图形形符号，图形中中有几个个方格就就是几位位，方格格中的“”和和“符号号表示各接口口互不相相通。图14电磁阀的的图形符符号44第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀45第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀46第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀47第1章 机器器人常用用的气动动元件三、气动动控制元元件3、方向控控制阀48第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图工程上气气动系统统回路图图是以气气动元件件图形符符号组合合而成，故应在

22、在气动系系统原理理图读图图之前对对气动元元件的功功能、符符号与特特性熟悉悉和了解解。除此此之外，还需要要对气动动系统原原理图、气动元元件以及及管路的的表示方方法有所所了解。一、气动动系统原原理图的的表示法法以气动符符号所绘绘制的回回路图可可分为定定位和不不定位两两种表示示法。定位回路路图以系系统中元元件实际际的安装装位置绘绘制，这这种方法法便于工工程技术术人员看看出阀的的安装位位置，便便于维修修和保养养；49第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图工程上气气动系统统回路图图是以气气动元件件图形符符号组合合而成，故应在在气动系系统原理理图读图图之前对对气动元元件的功功能、符符号与特特性熟悉悉和了

23、解解。除此此之外，还需要要对气动动系统原原理图、气动元元件以及及管路的的表示方方法有所所了解。一、气动动系统原原理图的的表示法法以气动符符号所绘绘制的回回路图可可分为定定位和不不定位两两种表示示法。定位回路路图以系系统中元元件实际际的安装装位置绘绘制，这这种方法法便于工工程技术术人员看看出阀的的安装位位置，便便于维修修和保养养；50第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图一、气动动系统原原理图的的表示法法不定位回回路图不不按元件件的实际际位置绘绘制，气气动回路路图根据据信号流流动方向向，从下下向上绘绘制，各各元件按按其功能能分类排排列，依依次顺序序为气源源系统、信号输输入元件件、信号号处理元元件、控控制元件件、执行行元件，如图21所示。图21四自由度度机器手手气动回回路原理理图51第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图一、气动动系统原原理图的的表示法法图中气源源系统提提供能源源；向上上有四个个电磁换换向阀，其中两两个单控控电磁阀阀分别控控制举升升气缸和和手爪伸伸出气缸缸；图21四自由度度机器手手气动回回路原理理图52第2章 四自自由度机机器手气气动回路路图一、气动动系统原原理图的的表示法法两个双