气动机器人.doc

气动机器人的工作原理与实验过程
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业 、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处。
机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
一执行机构
即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。
二驱动装置
是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。
三检测装置的作用
　　是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。一类是外部信息传感器，用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。
四控制系统有两种方式
　一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。
中国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和中国的分类是一致的。 　　空中机器人又叫无人机器，近年来在军用机器人家族中，无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来，世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的，无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看，美国均居世界之首位。
　慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。
本学期，我们所做的即是慧鱼机器人模型。在制作过程中，我们学到了许多知识，知晓了慧鱼气动机器人的工作原理，明白了机器人的简单编程，简易控制方法。
气动技术简介
气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。
气动技术用途
宇宙开发，姿态控制，生命维持系统，医疗器械，气垫床，人造心脏，省力产业机器人，真空搬运，住宅产业，空气门，气控喷涂，空气幕帘，空调，计量设备，气动量仪，液面检测装置，纺织，气动精纺，化学工业，过程控制，液化气体，控制，可动元件，纯流体元件，海洋开发，水中空气呼吸器，海底送气系统，潜水，车辆，气动门，气动离合器，气动刹车，空气轮胎，矿山业风镐(凿岩机)，造船，防暴控制，气垫船，气动工具，气动研磨机，空气铆钉枪，空气锤，农业，空气消毒，喷雾防虫，娱乐产业　空气枪，空气垫、充气帐篷、充气船、运输,空气传送带、工业机械、机床的自动控制、食品机械自控制、包装机械的自动控制、冲压机械的自动控制等。
气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。代替人类的手腕、手以及手指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。除了工业生产上的应用之外，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，均采用了气动技术，实现细小的动作。液压可以得到巨大的输出力但灵敏度不够；另一方面要用电能来驱动物体，总需要用一些齿轮，同时不能忽视漏电所带来的危险。而与此相比，使用气动技术即安全又对周围环境无污染，即使在很小的空间里，也可以实现细小的动作。如果尺寸相同，其功率能超过电气。与此特性所带来的需求完全相一致的就是半导体产业。在生产线上，实现前进、停止、转动等细小简单的动作，在自动化设备中不可或缺。在其它方面，如制造硅晶片生产线上不可缺少的电阻液涂抹工序中使用的定量输出泵以及与此相配合的周边机器。
以下是我本次所做的实验，其中包括实验目的，实验过程，实验原理等：
一 实验目的:
1、 进一步熟悉慧鱼模型的各个模块。
2、 了解气压传动的一些知识。
3、进行创意实验设计。
4、进一步熟悉LLWin的编程。
二 实验器材:
慧鱼气动组合包一套
慧鱼专用电源一套
PC机一台
LLWIN软件一套
接口电路板一块
三 实验原理:
分类打孔机器人简图4-1如下:
1 送物气缸
2 取物气缸
3 打孔气缸
4 电机
5 反光检测器
6 转盘
7 料筒
8 工件
9 盛物容器
图4-1 分类打孔机器人简图 本方案中机器人的工作原理为：气缸将工件8件送到转盘6上，转盘在电机4* 的带动下，将工件送到感器5下。传感器对工件作出判断，决定它是否需要进行打孔操作。如果需要，转盘将工件送到气缸3下。打孔气缸带动打孔头对工件进* 行打孔操作。然后转盘继续转动，将工件送到盛放打孔件的容器的位置。取物气* 缸2将工件工件送入容器中。反之，如果工件不需要进行打孔操作，转盘将工件* 直接送到盛放非打孔件的容器位置，取物气缸将工件送入容器。转盘转动的角度是通过转盘上的连杆与行程开关的协调来实现的。
四 实验内容 (一) 气源的组装 在本实验中，传动的主要方式是气压传动。气源是一个气动系统的重要组成* 部分，它在整个系统中起着提供压缩气体的作用。 在本实验中，自由组的装置提供压缩气体.
1 单向阀
2 压气气缸
3 电机
4 带轮
5 贮气罐
6 曲柄
压气部分实物图原
理: 电机轴上装有一小带轮，大带轮上装有一个曲柄机构，曲柄带动气缸的活* 塞作主往复运动。图中大容器是贮气罐，它在压气部分中起的作用是平衡系统压力，消除气缸输出气体的脉动性。它在执行元件时还起提供大流量气体的作用。 组装步
骤：注意的问题:
(1) 电机上的小带轮应尽量安装到轴的基部，这样可以使传动带不致滑脱带轮。
(2) 大带轮及其紧固件的安装方向应正确，以防止大带轮同其支架之间会发生摩擦。
(3) 曲柄与安装孔两端应留有1～2毫米的间隙，使其运动灵活。
(4) 气缸位置应协调好，既不能使气缸与支架有干涉，又要防止曲柄与气缸活塞杆的连接脱落。
(二) 分类打孔机器人的组装 组装步骤：
组装中应注意的问题:
(1) 转盘上长杆的长度应适合，使它在转动过程中既能触发行程开关，又不会与其它构件发生位置干涉。
(2) 反光探测器中的光感的连线极性一定要正确。
(3) 盛物料筒的出口高度一定要适合，以略高于工件高度为好。 检测: 在组装完毕后，用LLWin中的检测功能检测各个控制元件。 电磁阀检测中，点击相应的输出口，听电磁阀是否有声音。如果有，则它工作正常，依次检测各个检测接口的电机与输入行程开关，光电检测器的工作状况。在所有输入输出正常后，进行以后的步骤。 调入执行程序，观察模型的执行过程: 将两种颜色的工件放在料筒中，调入执行程序。观察程序对不同工件的处理过程。
参考文献：