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1、气动机器人文献资料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
2、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、
3、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
4、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
5、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
6、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。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
7、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，空气钟钉枪，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、
8、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
9、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。气动机器人是多自由度的机电气一体化系统，影响其定位精度的因素有两个方面：一是数学模型是否准确；二是实现数学模型的控制系统、检测系统定位装置及执行机构的度是否满足要求.所以正确建立其数学模型对定位精度的分析与提高有着重要的意义，以前多数文献在建立机器人的误差数学模型时，把构件视为刚体，视运动副没有间隙.而实际上机器人的构件有加工误差装配误差，在运动过程中有摩擦和摩损，运动副的间隙会增大.而构件
10、有弹性，在惯性力、重力和外载荷作用下产生的弹性变形也会引起误差而气动机器人由于压缩空气在力作用下还会产生很大的位移误差。压缩空气驱动的机器人，既经济、清洁，又防火，具制造费和使用费仅为电驱动及液压驱动机器人的3%25%.因此特别适合我国及第三世界使用.但是气动机器人的冲击大，不易任意位置准确定位及连续轨迹控制.因此目前仅用作简单的装卸与搬运作业.如果研究解决好经济型气动机器人的任意位置准确定位及连续控制问题，就能扩大它的通用性和使用范围，加以它的经济性优势，在国内外市场上将会有很大的竞争潜力和发展。因此研究和解决经济型气动机器人的任意位置准确定位及提高定位精度的方法与装置，有着重要的现实和长远
11、的意义高精度的压力控制，在许多方面有着广泛的应用，如用于压力表和压力传感器的标定、模拟潜艇或水下机器人在水中的深度变化等1。传统的压力控制，常常是通过电液伺服阀来实现的2。由于压力源的压力波动或电液伺服阀自身的控制灵敏性问题，实现高精度的压力控制是非常困难的。本文所研究的高精度压力控制系统，是基于密闭液体的体积变化与压力变化之间呈反比的特性，通过强制改变密闭液体体积，实现压力筒内部压力的大范围、高精度的连续控制。2系统的组成及工作原理系统由压力筒、强制改变密闭液体体积的机械系统、计算机控制系统和数字式压力传感器组成。机械系统由伺服电机、谐波减速器、滚珠丝杆、螺母驱动的活塞杆、压力筒组成，见图1
12、。伺服电机根据计算机控制系统发来的控制信号，通过谐波减速器控制滚珠丝杆的回转运动，往复运动的螺母带动活塞杆实现伸缩运动。插入压力筒内的活塞杆的伸缩运动使压力筒内的密闭液体的体积发生变化，从而导致压力筒内的压力发生改变，进而实现压力筒内部的压力控制。计算机控制系统由工控机、检测压力筒压力的高精度压力传感器、A/D卡、D/A卡、伺服电机控制模块等组成，如图2所示。工控机根据操作人员的设定信息，通过D/A卡、伺服电机控制模块对伺服电机进行控制及驱动。伺服电机则通过减速器驱动电动缸活塞杆的伸缩，使压力筒内的压力发生变化。高精度的压力传感器将压力信息反馈给计算机，构成闭环控制回成工艺循环。微细加工技术、
13、微传感器技术、微电子技术和微机电系统(MEMS)集成技术的发展为研究开发柔性主动内窥镜检查系统提供了有利条件，研制开发少创或无创介入的诊查微机器人系统也是医用机器人发展的一个重要方向。目前，医疗机器人按驱动方式有：电磁驱动式、压电驱动式、气动式以及通过功能材料形状记忆合金驱动等几种，按移动机构可分为腿式、轮式及蠕动移动等方式，与人体直接接触的医用机器人要求柔性接触，因此柔性蠕动式为无创微创进入人体腔道诊察机器人的首选方式7。气动机器人系统由于气体的可压缩性而具有柔性，为此，研制了具有柔性的气动机器人系统用于人体腔道内环境诊查和治疗，设计了该机器人的电-气控制系统，控制机器人的移动，实现诊疗任务
14、。气动机器人移动1)后支撑单元钳位。后气囊充气后紧压气管壁，固定不动，前支撑单元气囊不充气，处于放松状态。(2)驱动器伸长。驱动3气室通气使驱动器伸长，推动前支撑单元前移一步。(3)前支撑单元钳位。使前气囊充气紧压气管壁，固定不动。(4)后支撑单元放松。后支撑单元放气阀打开，气囊放气，脱离气管(5)驱动器收缩。驱动器在张力作用下收缩复位，并带动后支撑单元通过前移一步。(6)后支撑单元钳位。使由后支撑单元气囊充气，紧压气管壁，也处于钳位状态。通过(1)(6)完成一个循环，机器人前移一步。2电-气控制系统电-气控制系统主要由PC计算机、数据采集转换设备、隔离放大驱动电路、10个继电器、10个电磁阀
15、、压力传感器、高压气源及压力、流量调阀组成。采集转换设备采用了NI公司生产的USB-6008，该数据采集卡具有8通道、12或14位模拟输入、2个模拟输出、12路I/O,以及1个定时器，通过该卡控制10个继电器的通、断，从而实现对连接机器人通气管路的电磁阀的开闭控制，及机器人治疗传感机构的控制，通过该卡实现通气管道压力传感器及机器人携带的传感器的信息采集。电子气动机器人电子气动机器人系统系采用模块化结构设计技术、精选国外工程用优良元器件、集控制)检测)执行等于一体的综合性实验装置。电子气动机器人系统由控制模块(基本模块)和操作机模块构成：控制模块由FX2N系列PLCF940GOT人机界面及输出输
16、入接口板组成；操作机模块由电子气动机器人、基本气动回路实验模块及相应接口板组成。图1a所示为电子气动机器人系统结构组成。要求该控制系统具有手动运行模式、原点回归模式和自动运行模式手动模式：按动各开关按钮，气缸可作相应手动控制；原点模式：按回原点按钮气缸回原点位置，前臂（垂直气缸）处在上升的极限位置，后臂（水平气缸）处在缩进的极限位置，旋转缸处在逆时针转动的极限位置，气手指松开；自动模式：在完成回原点操作后，将模式开关切换至自动模式，此时按启动按钮可实现自动运行，按停止按钮，机器人将在1个循环工作结束后停止。电子气动机器人控制系统根据工艺要求，以及考虑到本系统作为教学设备需具有较大扩展余量，选用FX2N-48M越PLC主单元。另外，控制系统选用了F940GOT人机界面，有关控制的输入、输出信息、工作状态等都可以通过F940GO馁现，节省了可编程控制器的输入、输
