機械手的研究意義
機械手在近20年來,氣動技術的應用領域迅速拓寬,尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。動機械手、柔性自動生產線的迅速發展,對氣動技術提出了更多更高的要求;微電子技術的引入,促進了電氣比例伺服技術的發展。現代控制理論的發展,使氣動技術從開關控制進入閉環比例伺服控制,控制精度不斷提高;由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點,國內外都在大力開發研究。
從各國的行業統計資料來看,近30多年來,氣動行業發展很快。20世紀70年代,液壓與氣動元件的產值比約為9:1,而30多年后的今天,在工業技術發達的歐美、日本國家,該比例已達到6:4,甚至接近5:5。我國的氣動行業起步較晚,但發展較快。從20世紀80年代中期開始,氣動元件產值的年遞增率達20%以上,高于中國機械工業產值平均年遞增率。隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現代控制技術的發展與應用,氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。
人類關節具有目前機械手所不具備的優良特性,既可以實現較準確的位置控制又具有很好的柔順性。這種特性主要是由關節所采用的對抗性肌肉驅動方式所決定的。目前模仿生物關節的驅動方式在仿生機器人中得到越來越多的應用。在這種應用中為得到類似生物關節的良好特性,一般都采用具有類似生物肌肉特性的人工肌肉。
氣動肌肉是人工肌肉中出現較早、應用較廣泛的一種驅動器,具有重量輕、結構簡單及控制容易等優點,在類人機器人、爬行機器人及康復輔助器械中得到了應用。其基本應用形式大都采用一對氣動肌肉組成關節的方式。氣動肌肉最簡單和最常見的使用方式是利用一對氣動肌肉以生物體中拮抗肌的形式驅動關節,這種方式克服了氣動肌肉變化長度較小的缺點,能夠實現大的轉動位移。而且由于其類似生物體驅動關節的方式,因此具有剛度和位置能獨立控制等仿生關節具有的優點。
氣動機械手是集機械、電氣、氣動和控制于一體的典型機電一體化產品。近年來,機械手在自動化領域中,特別是在有毒、放射、易燃、易爆等惡劣環境內,與電動和液壓驅動的機械手相比,顯示出獨特的優越性,得到了越來越廣泛的應用。
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