机械手的研究意义
机械手在近20年来,气动技术的应用领域迅速拓宽,尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。动机械手、柔性自动生产线的迅速发展,对气动技术提出了更多更高的要求;微电子技术的引入,促进了电气比例伺服技术的发展。现代控制理论的发展,使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制,控制精度不断提高;由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点,国内外都在大力开发研究。
从各国的行业统计资料来看,近30多年来,气动行业发展很快。20世纪70年代,液压与气动元件的产值比约为9:1,而30多年后的今天,在工业技术发达的欧美、日本国家,该比例已达到6:4,甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚,但发展较快。从20世纪80年代中期开始,气动元件产值的年递增率达20%以上,高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用,气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。
人类关节具有目前机械手所不具备的优良特性,既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。目前模仿生物关节的驱动方式在仿生机器人中得到越来越多的应用。在这种应用中为得到类似生物关节的良好特性,一般都采用具有类似生物肌肉特性的人工肌肉。
气动肌肉是人工肌肉中出现较早、应用较广泛的一种驱动器,具有重量轻、结构简单及控制容易等优点,在类人机器人、爬行机器人及康复辅助器械中得到了应用。其基本应用形式大都采用一对气动肌肉组成关节的方式。气动肌肉最简单和最常见的使用方式是利用一对气动肌肉以生物体中拮抗肌的形式驱动关节,这种方式克服了气动肌肉变化长度较小的缺点,能够实现大的转动位移。而且由于其类似生物体驱动关节的方式,因此具有刚度和位置能独立控制等仿生关节具有的优点。
气动机械手是集机械、电气、气动和控制于一体的典型机电一体化产品。近年来,机械手在自动化领域中,特别是在有毒、放射、易燃、易爆等恶劣环境内,与电动和液压驱动的机械手相比,显示出独特的优越性,得到了越来越广泛的应用。
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