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一10 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 on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 on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Tron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 on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 on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0.2m 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 ESTOT IP SNo.88/19 95.Aehilles一T heSix-leq qedSu rveyo rF E S TOF ISNo.4 6/19 98.Tr on一X一AnEle etrop-ne umatieHuma nBeingFE STOT IP SNo.95/19 99.AirBringsRobottoL 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Hydraulic sPneumatics&Se alsNo.5,19 99(Serial No.77)SPe cial Is sueforFe sto(China)Ltd.Contents,AbstractsandKe ywor dsF E S TOa nd Pn eul n at lcTe c加o log y 切uHua la t(l)T heNewDevelopmentinPne umatlcTe c如olog y.Zh ouHou g(2)A bst限t:Tofitinthedev eloPme nt,theinte rnatio nalpn eumatieindu strye ngagesinimprovingthefe atureofpneum atiee ompo-n ents,redu eingProdu etio neost,me a nwhile,theya rededie atedtodev elopn ewPro du ets.Thea uthorholdsthatthere e ent10ye a rsde v elopme ntofpneum atiea reahigh lightsintwoa r e a s:thee om bi-n ationofpne umatleand me ehaniealte ehnologyandthatofPn e u-m atieandele etrieteehnology.Theartieleintrodu e e ssomes ue ee ssfulap plie atio nofn ewpro du ets,illustratingthedevelopingtr e ndinthesetw oare as.Key和r ds:P.eum aticContr olRob otMe c恤trol dc s决r voCo ntro l玩tel llge ntPn e umatlc sV目ve介m恤目F 五eld busPr op er tina lCo ntro lCon st ant一s讲ed Cy lin dera ndH lg 血一s州比d Cy linder一.一”w.留x lo叫盯a O(23)A加t既t:Inpn e umatiete ehn olog y,thespe edofeylin der15a nim-即rta ntte ehn ie alPa r amete r.ThePaPe ran alyz esthelow estste adyspe ed(n ostiek一slipeffeet)andtheutmostspee dtheeylindereanr ea eh.Keywo川s:加.Co.口妞nt一s佛ed Cy ll.der(Co.因ta.t一s碑edCy l卜de r)L仰一州ctlo.Cyllnde rH lg卜sp eed Cyllnde rB 代川比,ayPr吧日g U teT 卜eDevelopm enta ndt血eA P P lic atlonoft 七eMO demPn euma tleRob ot wa ng Xl o.g y.。(l3)A加tr a ct:With3examPlesofPn eumatierobots,th ea rtieleintro-due eshowPne umatiete ehnolog yap pl iestorobot,e sPe eiallyTron一Xele ctrie一pneumatierobot,whiehhassue e e s sful lyadoptedFe stoSP C10 0Pneumatie一ser vote ehnology.Thiste ehniqueha sbe endevelope dasathirde omPletenewonew ithuniqueehar aeterandfe atu r era nkedafterele etrie一se r voand hydr aulie一s e r voteeh-nlqu eT hee ombinationofcylinde roptionala utoPositio ninga ndmo dularpne umatier obota rm15surelytobringgre atbe n efittoa utom atiepro du etion11能withhigheffieien cy.Key,or ds:Pne恤atleRobotPn e u四tle一s er voAutoPo sitio n-恤.Mo dulatlo nL ab Re.e ar ch forMe c七a nlsmM目ellingof Pn eum atleS er v oSys.t em.”“Ta oGuo l la n旧e t目.(2 6)Ah str a ct:T heartieledis e us sesthemetho dofPn eum atieserv osystem mo delli飞,ela rifie sitsprin eipleandfe atu r e,a ndemph a-siz esthelabanalysisofeontrolvalv e.Ae eordingtothete stre-sult,thea uthorraisesmo dified flowequ atio n.Key.ord s:Pr已拐ur e一f lowE quatlo nPne u.tlePn eu.tles er-vos yst e mMe c七.nlsm.Odell i叱Lab Re,ea reh几ePn eum a tle歇r voSystemforWI叻ingo tRub加r歇r e e.一二 Z 七堪 Gu。月.9时目.(32)Ah str a ct:Thepaperintro du eestheap plie ationofthes e rvosys-temf orr ubbe rsere e nwinding,usi叩theeylin der,pr叩orti on a lvalve,axleeontrolle ra ndPositio ntr andue e reomPo ne nts.Keyw ords:PneumatleWlndingS er vos y,妞口F ESTO D ldaetleSystemfo rAutomatlonCo ntr ol”二二二二二 Ga oQIe ta l.(17)A加tract:T hea rtieleintro due e sthestr uetur eofFestodida etiesystem forautomatio neo ntrol.anditsap plie atio ninmeehatro nie sCOUr se-Key,or t ls:Me ch atro nic sPr ofe s sio n目Tr ain纽gU卜to-dateContr ol Te eh nol鳍yMP ST heAP Pllc ationo fPn e.maticS e r voSystemo nMultl一p e la tWdd-in gM a c址n e”一 J ln毋吐.u ge ta l.(3 4)A加tra ct:Thea rtieledeseribestheaP Plie ationofPne umatieser v osystemo nthemultipointwelde rof ShanshaiHuizhongAuto m o-bileHa rdwa r eCo.Ltd.,thus,introdue estheeo nstru etionan df ea-tureofs e r v osystem.Keywo rd s:Pneumatle阮r voMultl卯intWelderT,0Ca se Sof Fa stP肚u.tieOP fr atio nMaC触川即且期(3 6)加tr a ct:Thea rtieleillu str ate stheuniques u碑riorityof f astpn eumatieo伴rationwithtwotypie ale x amples一pn e um atiefastto olchangerandemergeneys ee uritydo orelosingin0.5se cond。Key.ords:Fa stT佣I C肠ngerEmer ge ncy旋cur ityDego tPr ot忱tio nI P 6 7Re se a reha ndAP Plic atio nofA dva nee dInte grate dE le ctdeS er voCo or d ln ate sCylinder Ta oGuolla nget日.(20)A加tr a ct:Cylinde r15w ildusedasa etuatio nunitsinpn e umatiesystem,whilemainlyeo ntrolled bysw itehe s.Thisa rtielestudiesanewkindofs e rvoeylinderwh iehineorPor ate saetu ationunit,Pro ximityse nsor,valv ea ndeo n ne etio nofeontrolintoo nemod-ule.Furtherdise us sed15rhepne ur natiee ompositivefe ature,esP e-eiallytheeylinderstatiefrietion,whiehenablestheProvisionofqualifiedpn eumatleIntegratedunitsforhighperforma n e eser vosystem.Also,thede signeyeleofservosystem15e utshortbyla rgeKey,or ds二I h aeumaticPr oP Or tio na l阮r voStatieF r letlonDy-。.口kF r ietio uStick一sliPMe c七a nie alArmCo ord lo ate sCy ll nde rC AD,C AEa l ldCo.P.terDat aba seT伙h.川吸嗯yInt七eFI.l do lPn e.I n at lcA即“c at lo n ”Z加uHo姗(3 8)A加tr a ct:Thea rtielege n erallyintro du e essomeFestosof twa reonpn e umatieteehn ology.Forexample,eompute rdesigna nd乎ap卜ingofs ehematiediagr amandmeeha niealstru eture,eo哪ut ati o nsele ctionofunitsparameter,seleetio nofpn eum atieeir cuit,emula-tio nehe ekingeomputatio n,grip伴r s,hydr a ulieabs o rb er,v a cu umun its,ro dlesseylinder,thr ee一dime nsion al foreee ale ulation,.ndeolleetio nofC仆ROMe atalogu e.A mongthe s e,th esele ctionofeir e uitandemulatio neheekinge omputatio narein itiate dinPn eu-1l l at1Cs r e a-Dat aba seCA D,CA ETe C恤o l叩yD洲曰耐cSU.u l 卜