国内外在气动机械手领域的研究现状

菜单

1958年美国联合控制公司研发生产出了第一台机械手，开启了机械手的历史。这台机械手是在机体上安装了一个回转的手臂，并顶部装配了带电磁块的上下料机构。第一代机械手主要依靠人工进行控制，通过提高精度和降低成本进行进一步改进，这也是目前市场的主流。第二代机械手由微机系统控制，与第一代机械手相比，多了视觉与触觉功能，目前正在研制中。69425

国外的研发目前主要有以下几个趋势：性能不断提高，而单体价格则逐步下降；机械手结构向模块化发展，各个零部件整机装配，便于维修与销售；传感器作用提高，不仅具备速度加速度位移的测量，还具备了视觉已经其他感官作用；人机交互大大提高。

随着现在气动技术的高速发展，气动机械手也逐渐受到越来越多的重视。与其他驱动方式的机械手相比，它具备成本低廉、功率体积比高、抗干扰能力强、污染小与结构简单的优点。现如今，气动机械手已经成为能满足许多行业生产研发要求的一项实用装置。

图1.3为Bergerlahr公司设计生产的坐标式气动机械手；图1.4为装置Bosch公司产品的Scara型气动机械手；以及像英国Norgren公司和德国Rexroth Mecman公司等开发的适用于传送系统的气动机械手等。这些气动机械手需要比较大的工作空间，但不易精确调节气缸的行程，并且抓取力不大，一般用于小型货物的自动上下料搬运，可以替代一些抓取力小的一代工业机器人[3]。

现代的气动机械手由控制部分、执行部分、主机部分和感知部分组成。它通过智能阀岛来处理采集的感知信号与控制信号，并用气动伺服定位系统去代替液压伺服系统；原来的液压缸也被气缸和摆动马达代替完成执行动作。主机部分，气动机械手采用了标准化及模块化的装配形式，从而变成标准化、系列化的产品。根据工件加工需求的不同，我们可以选择相应功能的模块，再通过参数的组合，满足相应的需求。

模块化拼装的气动机械手与组合导向装置相比，模块化的机械手安装更为灵活。它集成了带电接口、电缆以及气管的导向系统装置，使得机械手的运作更为灵活。模块化机械手的驱动部件中，装配了专门设计的滚珠轴承，因此它具备了稳定的运行性能以及精确的导向性。卓越的定位精度也是现今气动机械手的一大优点[4]。德国FESTO公司开发生产了一套模块化气动机械手，已投入生产应用。这些模块化机械手动作灵活，安装简单，定位精度较为精准，且需求空间小，主要应用于常规的送料自动线。论文网

国内的一些机构也在九十年代就开始了气动技术研究，尤其是对气动机器人和气动机械手的研究和探索。其中，南京理工大学的SMC气动技术中心便开发设计了一套气动自动化制造系统，其中包括加工、装配、包装、标签和成品接入等一系列子系统。对于每个子系统，在其独立工作的基础上，实现了对系统的集成控制，并且配置了自动化物流，在加工到成品的所有过程中实现了自动传输和自动装卸[5]。如图1.5所示，便是其中的一个气动式关节机械手。气动式关节机械手主要用来实现货物的装卸和翻转，它的手、腕、臂、腰四个自由度可以联合工作，从而模拟人来完成对物品的抓取、移动、翻转[5]。

气动关节操作机械手

北京理工大学也自主研发了一个四个自由度的回转关节型气动机械手，这个机械手由腰、底板、手腕、大臂和小臂组成[6]。此外，哈尔滨工业大学也研发了一款六个自由度的气动机械手。这些关节型机械手的主要特点是结构不大，并且自由度比较大，有很高的灵活性，但抓取力比较小，只能用于抓取轻型的工件，一般用于教学和实验。