氣動(dòng)機(jī)器人有關(guān)文獻(xiàn)

氣動(dòng)機(jī)器人文獻(xiàn)資料機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。它是高級整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途?，F(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！彼転槿祟悗碓S多方便之處。機(jī)器人能力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運(yùn)算、比較、鑒別、判斷、決策、學(xué)習(xí)和邏輯推理等；機(jī)能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、聯(lián)用性和壽命等。因此，可以說機(jī)器人就是具有生物功能的實(shí)際空間運(yùn)行工具，可以代替人類完成一些危險(xiǎn)或難以進(jìn)行的勞作、任務(wù)等。機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械等組成。一執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動(dòng)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置型式和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式的不同，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。出于擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動(dòng)機(jī)器人）等。二驅(qū)動(dòng)裝置是驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作。它輸入的是電信號(hào)，輸出的是線、角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動(dòng)裝置主要是電力驅(qū)動(dòng)裝置，如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等，此外也有采用液壓、氣動(dòng)等驅(qū)動(dòng)裝置。三檢測裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù)定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號(hào)送至控制器，形成閉環(huán)控制。一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機(jī)器人的動(dòng)作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更高層次的自動(dòng)化，甚至使機(jī)器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關(guān)信息，利用這些信息構(gòu)成一個(gè)大的反饋回路，從而將大大提高機(jī)器人的工作精度。四控制系統(tǒng)有兩種方式一種是集中式控制，即機(jī)器人的全部控制由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺(tái)微機(jī)來分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時(shí)，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并向下級微機(jī)發(fā)送指令信息；作為下級從機(jī)，各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個(gè)。?隊(duì)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和伺服控制處理，實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，并向主機(jī)反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)器人的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。中國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。目前，國際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和中國的分類是一致的。 空中機(jī)器人又叫無人機(jī)器，近年來在軍用機(jī)器人家族中，無人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。80多年來，世界無人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國為主線向前推進(jìn)的，無論從技術(shù)水平還是無人機(jī)的種類和數(shù)量來看，美國均居世界之首位。氣動(dòng)技術(shù)簡介氣動(dòng)技術(shù)，全稱氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)，是生產(chǎn)過程自動(dòng)化和機(jī)械化的最有效手段之一，具有高速高效、清潔安全、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械領(lǐng)域中，在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用。氣動(dòng)技術(shù)用途宇宙開發(fā)，姿態(tài)控制，生命維持系統(tǒng)，醫(yī)療器械，氣墊床，人造心臟，省力產(chǎn)業(yè)機(jī)器人，真空搬運(yùn)，住宅產(chǎn)業(yè)，空氣門，氣控噴涂，空氣幕簾，空調(diào)，計(jì)量設(shè)備，氣動(dòng)量儀，液面檢測裝置，紡織，氣動(dòng)精紡，化學(xué)工業(yè)，過程控制，液化氣體，控制，可動(dòng)元件，純流體元件，海洋開發(fā)，水中空氣呼吸器，海底送氣系統(tǒng)，潛水，車輛，氣動(dòng)門，氣動(dòng)離合器，氣動(dòng)剎車，空氣輪胎，礦山業(yè)風(fēng)鎬（鑿巖機(jī)），造船，防暴控制，氣墊船，氣動(dòng)工具，氣動(dòng)研磨機(jī)，空氣鉚釘槍，空氣錘，農(nóng)業(yè)，空氣消毒，噴霧防蟲，娛樂產(chǎn)業(yè)空氣槍，空氣墊、充氣帳篷、充氣船、運(yùn)輸,空氣傳送帶、工業(yè)機(jī)械、機(jī)床的自動(dòng)控制、食品機(jī)械自控制、包裝機(jī)械的自動(dòng)控制、沖壓機(jī)械的自動(dòng)控制等。氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的最典型的代表是工業(yè)機(jī)器人。代替人類的手腕、手以及手指能正確并迅速的做抓取或放開等細(xì)微的動(dòng)作。除了工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用之外，在游樂場的過山車上的剎車裝置，機(jī)械制作的動(dòng)物表演以及人形報(bào)時(shí)鐘的內(nèi)部，均采用了氣動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)細(xì)小的動(dòng)作。液壓可以得到巨大的輸出力但靈敏度不夠；另一方面要用電能來驅(qū)動(dòng)物體，總需要用一些齒輪，同時(shí)不能忽視漏電所帶來的危險(xiǎn)。而與此相比，使用氣動(dòng)技術(shù)即安全又對周圍環(huán)境無污染，即使在很小的空間里，也可以實(shí)現(xiàn)細(xì)小的動(dòng)作。如果尺寸相同，其功率能超過電氣。與此特性所帶來的需求完全相一致的就是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。在生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)等細(xì)小簡單的動(dòng)作，在自動(dòng)化設(shè)備中不可或缺。在其它方面，如制造硅晶片生產(chǎn)線上不可缺少的電阻液涂抹工序中使用的定量輸出泵以及與此相配合的周邊機(jī)器。氣動(dòng)機(jī)器人是多自由度的機(jī)電氣一體化系統(tǒng)，影響其定位精度的因素有兩個(gè)方面：一是數(shù)學(xué)模型是否準(zhǔn)確;二是實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)定位裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的度是否滿足要求.所以正確建立其數(shù)學(xué)模型對定位精度的分析與提高有著重要的意義，以前多數(shù)文獻(xiàn)在建立機(jī)器人的誤差數(shù)學(xué)模型時(shí)，把構(gòu)件視為剛體，視運(yùn)動(dòng)副沒有間隙.而實(shí)際上機(jī)器人的構(gòu)件有加工誤差裝配誤差，在運(yùn)動(dòng)過程中有摩擦和摩損，運(yùn)動(dòng)副的間隙會(huì)增大.而構(gòu)件有彈性，在慣性力、重力和外載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形也會(huì)引起誤差而氣動(dòng)機(jī)器人由于壓縮空氣在力作用下還會(huì)產(chǎn)生很大的位移誤差。壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，既經(jīng)濟(jì)、清潔，又防火，其制造費(fèi)和使用費(fèi)僅為電驅(qū)動(dòng)及液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的3%一25%.因此特別適合我國及第三世界使用.但是氣動(dòng)機(jī)器人的沖擊大，不易任意位置準(zhǔn)確定位及連續(xù)軌跡控制.因此目前僅用作簡單的裝卸與搬運(yùn)作業(yè).如果研究解決好經(jīng)濟(jì)型氣動(dòng)機(jī)器人的任意位置準(zhǔn)確定位及連續(xù)控制問題，就能擴(kuò)大它的通用性和使用范圍，加以它的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，在國內(nèi)外市場上將會(huì)有很大的競爭潛力和發(fā)展。因此研究和解決經(jīng)濟(jì)型氣動(dòng)機(jī)器人的任意位置準(zhǔn)確定位及提高定位精度的方法與裝置，有著重要的現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)的意義高精度的壓力控制，在許多方面有著廣泛的應(yīng)用，如用于壓力表和壓力傳感器的標(biāo)定、模擬潛艇或水下機(jī)器人在水中的深度變化等［1］。傳統(tǒng)的壓力控制，常常是通過電液伺服閥來實(shí)現(xiàn)的［2］。由于壓力源的壓力波動(dòng)或電液伺服閥自身的控制靈敏性問題，實(shí)現(xiàn)高精度的壓力控制是非常困難的。本文所研究的高精度壓力控制系統(tǒng)，是基于密閉液體的體積變化與壓力變化之間呈反比的特性，通過強(qiáng)制改變密閉液體體積，實(shí)現(xiàn)壓力筒內(nèi)部壓力的大范圍、高精度的連續(xù)控制。2系統(tǒng)的組成及工作原理系統(tǒng)由壓力筒、強(qiáng)制改變密閉液體體積的機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)字式壓力傳感器組成。機(jī)械系統(tǒng)由伺服電機(jī)、諧波減速器、滾珠絲桿、螺母驅(qū)動(dòng)的活塞桿、壓力筒組成見圖1。伺服電機(jī)根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來的控制信號(hào)，通過諧波減速器控制滾珠絲桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的螺母帶動(dòng)活塞桿實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。插入壓力筒內(nèi)的活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)使壓力筒內(nèi)的密閉液體的體積發(fā)生變化，從而導(dǎo)致壓力筒內(nèi)的壓力發(fā)生改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓力筒內(nèi)部的壓力控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工控機(jī)、檢測壓力筒壓力的高精度壓力傳感器、A/D卡、D/A卡、伺服電機(jī)控制模塊等組成，如圖2所示。工控機(jī)根據(jù)操作人員的設(shè)定信息，通過D/A卡、伺服電機(jī)控制模塊對伺服電機(jī)進(jìn)行控制及驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)則通過減速器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸活塞桿的伸縮，使壓力筒內(nèi)的壓力發(fā)生變化。高精度的壓力傳感器將壓力信息反饋給計(jì)算機(jī)，構(gòu)成閉環(huán)控制回成工藝循環(huán)。微細(xì)加工技術(shù)、微傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)集成技術(shù)的發(fā)展為研究開發(fā)柔性主動(dòng)內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)提供了有利條件,研制開發(fā)少創(chuàng)或無創(chuàng)介入的診查微機(jī)器人系統(tǒng)也是醫(yī)用機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前，醫(yī)療機(jī)器人按驅(qū)動(dòng)方式有：電磁驅(qū)動(dòng)式、壓電驅(qū)動(dòng)式、氣動(dòng)式以及通過功能材料形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)等幾種，按移動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為腿式、輪式及蠕動(dòng)移動(dòng)等方式，與人體直接接觸的醫(yī)用機(jī)器人要求柔性接觸，因此柔性蠕動(dòng)式為無創(chuàng)微創(chuàng)進(jìn)入人體腔道診察機(jī)器人的首選方式［7］。氣動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)由于氣體的可壓縮性而具有柔性，為此，研制了具有柔性的氣動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)用于人體腔道內(nèi)環(huán)境診查和治療，設(shè)計(jì)了該機(jī)器人的電-氣控制系統(tǒng)，控制機(jī)器人的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)診療任務(wù)。氣動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)1)后支撐單元鉗位。后氣囊充氣后緊壓氣管壁，固定不動(dòng)，前支撐單元?dú)饽也怀錃?，處于放松狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)器伸長。驅(qū)動(dòng)3氣室通氣使驅(qū)動(dòng)器伸長，推動(dòng)前支撐單元前移一步。前支撐單元鉗位。使前氣囊充氣緊壓氣管壁，固定不動(dòng)。后支撐單元放松。后支撐單元放氣閥打開，氣囊放氣，脫離氣管壁。驅(qū)動(dòng)器收縮。驅(qū)動(dòng)器在張力作用下收縮復(fù)位，并帶動(dòng)后支撐單元通過前移一步。后支撐單元鉗位。使由后支撐單元?dú)饽页錃?，緊壓氣管壁，也處于鉗位狀態(tài)。通過(1)~(6)完成一個(gè)循環(huán)，機(jī)器人前移一步。2電-氣控制系統(tǒng)電-氣控制系統(tǒng)主要由PC計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換設(shè)備、隔離放大驅(qū)動(dòng)電路、10個(gè)繼電器、10個(gè)電磁閥、壓力傳感器、高壓氣源及壓力、流量調(diào)閥組成。采集轉(zhuǎn)換設(shè)備采用了NI公司生產(chǎn)的USB-6008,該數(shù)據(jù)采集卡具有8通道、12或14位模擬輸入、2個(gè)模擬輸出、12路I/O,以及1個(gè)定時(shí)器，通過該卡控制10個(gè)繼電器的通、斷，從而實(shí)現(xiàn)對連接機(jī)器人通氣管路的電磁閥的開閉控制，及機(jī)器人治療傳感機(jī)構(gòu)的控制，通過該卡實(shí)現(xiàn)通氣管道壓力傳感器及機(jī)器人攜帶的傳感器的信息采集。電子氣動(dòng)機(jī)器人電子氣動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)系采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、精選國外工程用優(yōu)良元器件、集控制)檢測)執(zhí)行等于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)裝置。電子氣動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)由控制模塊(基本模塊)和操作機(jī)模塊構(gòu)成：控制模塊由FX2N系列PLC、F940GOT人機(jī)界面及輸出輸入接口板組成；操作機(jī)模塊由電子氣動(dòng)機(jī)器人、基本氣動(dòng)回路實(shí)驗(yàn)?zāi)K及相應(yīng)接口板組成。圖1a所示為電子氣動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。要求該控制系統(tǒng)具有手動(dòng)運(yùn)行模式、原點(diǎn)回歸模式和自動(dòng)運(yùn)行模式。手動(dòng)模式：按動(dòng)各開關(guān)按鈕，氣缸可作相應(yīng)手動(dòng)控制；原點(diǎn)模式：按回原點(diǎn)按鈕氣缸回原點(diǎn)位置，前臂（垂直氣缸）處在上升的極限位置，后臂（水平氣缸）處在縮進(jìn)的極限位置，旋轉(zhuǎn)缸處在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置，氣手指松開；自動(dòng)模式：在完成回原點(diǎn)操作后，將模式開關(guān)切換至自動(dòng)模式，此時(shí)按啟動(dòng)按鈕可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，按停止按鈕，機(jī)器人將在1個(gè)循環(huán)工作結(jié)束后停止。電子氣動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，以及考慮到本系統(tǒng)作為教學(xué)設(shè)備需具有較大擴(kuò)展余量，選用FX2N-48MR型PLC主單元。另外，控制系統(tǒng)選用了F940GOT人機(jī)界面，有關(guān)控制的輸入、輸出信息、工作狀態(tài)等都可以通過