機(jī)械手的研究意義
機(jī)械手在近20年來(lái),氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬,尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上得到廣泛應(yīng)用。動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的迅速發(fā)展,對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求;微電子技術(shù)的引入,促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,使氣動(dòng)技術(shù)從開(kāi)關(guān)控制進(jìn)入閉環(huán)比例伺服控制,控制精度不斷提高;由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外都在大力開(kāi)發(fā)研究。
從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看,近30多年來(lái),氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代,液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為9:1,而30多年后的今天,在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本國(guó)家,該比例已達(dá)到6:4,甚至接近5:5。我國(guó)的氣動(dòng)行業(yè)起步較晚,但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始,氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年遞增率達(dá)20%以上,高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dòng)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
人類(lèi)關(guān)節(jié)具有目前機(jī)械手所不具備的優(yōu)良特性,既可以實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的位置控制又具有很好的柔順性。這種特性主要是由關(guān)節(jié)所采用的對(duì)抗性肌肉驅(qū)動(dòng)方式所決定的。目前模仿生物關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式在仿生機(jī)器人中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中為得到類(lèi)似生物關(guān)節(jié)的良好特性,一般都采用具有類(lèi)似生物肌肉特性的人工肌肉。
氣動(dòng)肌肉是人工肌肉中出現(xiàn)較早、應(yīng)用較廣泛的一種驅(qū)動(dòng)器,具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及控制容易等優(yōu)點(diǎn),在類(lèi)人機(jī)器人、爬行機(jī)器人及康復(fù)輔助器械中得到了應(yīng)用。其基本應(yīng)用形式大都采用一對(duì)氣動(dòng)肌肉組成關(guān)節(jié)的方式。氣動(dòng)肌肉最簡(jiǎn)單和最常見(jiàn)的使用方式是利用一對(duì)氣動(dòng)肌肉以生物體中拮抗肌的形式驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié),這種方式克服了氣動(dòng)肌肉變化長(zhǎng)度較小的缺點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)大的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。而且由于其類(lèi)似生物體驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的方式,因此具有剛度和位置能獨(dú)立控制等仿生關(guān)節(jié)具有的優(yōu)點(diǎn)。
氣動(dòng)機(jī)械手是集機(jī)械、電氣、氣動(dòng)和控制于一體的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。近年來(lái),機(jī)械手在自動(dòng)化領(lǐng)域中,特別是在有毒、放射、易燃、易爆等惡劣環(huán)境內(nèi),與電動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手相比,顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性,得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
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