气动机械手结构设计研究现状(2)

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浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室基于新型的气动柔性驱动器FPA

（flexiblepneumaticactuator），研制出了三种气动柔性关节：弯曲关节[11]、扭转关节[12]、球关节[13],它们不需要额外的驱动和传动机构，直接实现了单关节的弯曲和扭转,同时还具有高度的灵活性和适应性。基于弯曲关节和扭转关节,张立彬，鲍官军，杨庆华等[14]研制了一种新型气动柔性三指手爪，如图1.3所示。该手爪由三个弯曲关节和一个扭转关节组成，其中前者作为手爪的手指完成拿捏等动作，而后者作为手爪的腕部完成扭转、旋转动作。这些关节均由柔性很好的橡胶制成，并由压缩空气驱动，故整个手爪的柔顺性非常好，特别适合抓取一些易碎、易变形的物品。

图1.3三指手爪

YiSun等[15]提出了基于硅橡胶的柔性气动驱动器SPA(softpneumaticactuators),给出了两种类型的驱动器样品：弯曲和旋转驱动器。将适量体积的硅橡胶混合溶液脱泡后，倒入由3D打印而成的ABS塑料模具中固化。这两种驱动器实质上是多腔的硅橡胶体，充气后朝着

一个特定方向变形，以此形成弯曲运动和旋转运动,如图1.4所示。因此这两种SPA可以组成气动变形手爪来完成特定的工作任务。

图1.4弯曲SPA（a-f）和旋转SPA(g-l)

哈佛大学能源系和美国国防部高级研究计划局的研究人员共同研发出一种软体机械手[16]。它对力的感应非常敏感，它能接受来至三个不同方向的微小外力。这种特性让它能够很轻松地握住一朵花。该机械手由一根柔性很好的软管构成，这是一种多腔结构，压力空气进入腔体，能够使触手向特定方向弯曲，以包络物体。这种软体机械手能够在狭小的管道内工作，比如夹持微型摄像机进行检测。

气动机械手控制和研究现状

由于气动搬运机械手的控制系统多为开放性设计，因此PLC，单片机都能作为其控制核心[17]。编写相应的程序后，电信号作用于气动电磁阀，控制气流方向，从而实现执行元件有序动作，最终实现气动机械手的自动搬运功能。控制方式的选择直接决定机械手的搬运速度和精度，下文就给出这两种比较典型的控制方式。

1 PLC控制

可编程控制逻辑器件，简称PLC，是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，具有控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展等优点[18]。基于以上这些优点，PLC控制气动回路简单易实现：PLC处理来自磁性开关和外部操作按钮的输入信号，并通过输出脉冲信号作用在电磁阀来控制气缸的动作。

张文基于对气动机械手控制系统的研究[19]，采用三菱FX2N-48MR控制器作为控制核心。确定气动机械手的5种操作方式：回原点、手动、单步、单周期和连续。在程序编写方面，设置三段程序：主程序、手动操作子程序、自动操作子程序。在控制面板上有对应的五个档位，拨动其中的一个档位，主程序开始执行并跳转至与档位对应的子程序，继续执行，最终完成特定动作。这种结构条理清楚，不易出错。论文网

2 单片机控制

单片机所实现的功能与一台没有外设的微型计算机所实现的功能相似，广泛应用于工业控制领域，当然也包括气动回路的控制，而且灵活方便。常用的编程语言有汇编语言和C语言。

沈孝芹，张蔚波，于复生等[17]设计了一种立柱式机械手。以STC89C52单片机作为主体来搭建控制系统，外围电路连接手持操作盒，作为系统输入，而换向电磁阀、步进电机的连接作为输出。单片机与手持盒建立相对应通信协议，单片机处理来自手持盒的控制信息，并通过脉冲信号作用到电磁阀和步进电机，这样就可以在手持盒上按下相应的功能按键，来控制气动搬运机械手动作。