„„„„„„„„„„„„„„„腕关节轴方向的运动仿真及分析„„„„„„„„„„„„„„„„„第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向的运动仿真及分析„„„第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向的运动仿真及分析„„„第章结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„浙江理工大学本科毕业设计论文第章绪论研究气动机械手的意义近年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠气动机械手柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展。现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高由于气动脉宽调制技术具有结构简单抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看，近多年来，气动行业发展很快。世纪年代，液压与气动元件的产值比约为，而多年后的今天，在工业技术发达的欧美日本国家，该比例已达到，甚至接近。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从世纪年代中期开始，气动元件产值的年递增率达以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术技术计算机技术传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之。传统的机器人关节多由电机或液气压缸等来驱动。以这种方式来驱动关节，位置精度可以达到很高，但其刚度往往很大，实现关节的柔顺运动较困难。而柔顺性差的机器人在和人接触的场合使用时，容易造身和环境的伤害。因此，在许多服务机器人或康复机器人研究中，确保机器人的关节具有定的柔顺性提高到了个很重要的地位。人类关节具有目前机器人所不具备的优良特性，既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。目前模仿生物关节的驱动方式在仿生机器人中得到越来越多的应用。在这种应用中为得到类似生物关节的良好特性，般都采用具有类似生物肌肉特性的人工肌肉。气动肌肉是人工肌肉中出现较早应用较广泛的种驱动器，具有重量轻结构简单及控制容易等优点，在类人机器人爬行机器人及康复辅助器械中得到了应用。其基本应用形式大都采用对气动肌肉组成关节的方式。气动肌肉最简气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析单和最常见的使用方式是利用对气动肌肉以生物体中拮抗肌的形式驱动关节，这种方式克服了气动肌肉变化长度较小的缺点，能够实现大的转动位移。而且由于其类似生物体驱动关节的方式，因此具有刚度和位置能控制等仿生关节具有的优点。气动机械手是集机械电气气动和控制于体的典型机电体化产品。近年来，机械手在自动化领域中，特别是在有毒放射易燃易爆等恶劣环境内，与电动和液压驱动的机械手相比，显示出独特的优越性，得到了越来越广泛的应用。气动机械手在国内外的发展现状及应用由于机器人或机械手都需要能快速准确的抓取工件，因而对机器人或机械手提出了更高的要求，即他们必须具有高定位精度能快速反应有定的承载能力足够的空间和灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位。传统观点认为，由于气体具有压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难尤其在高速情况下，似乎更难想象。此外，气源工作压力较低，抓举力较小。气动技术作为机器人中的驱动功能已经被工业界广泛接受，对于气动机器人伺服控制体系的研究起步较晚，但已取得了重要成果，它在工业自动化领域应用正在受到越来越多的广泛关注。年代初，有布鲁塞尔皇家军事学院教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人阿基里斯六脚勘测员，也被称为的六足动物。教授采用了世界上著名的德国生产的气动元件可编程控制器和传感器等，创造了个在荷马史诗中最健壮最勇敢的希腊英雄阿基里斯。它能在人不易进入的危险区域污染或放射性的环境中进行地形侦察。六脚电子气动机器人的上方安装了个照相机来探视障碍物，能安全的绕过它，并在行走过程中记录和收集数据。六脚电子气动机器人行走的所有程序由可编程控制器控制，能在六个不同方向控制机器人的运动，最大行走速度。通常如果有三个脚与地面接触，机器人便能以种平稳的姿态行走，六脚中的每个脚都有三个自由度，个直线气缸把脚提起放下，个摆动马达控制脚伸展退回，另个摆动马达则负责围绕脚的轴心作旋转运动。每个气缸都装备了调节速度用的单向节流阀，使机械驱动部件在运动时保持平稳，即在浙江理工大学本科毕业设计论文无级调速状态下工作。控制气缸的阀内置在机器人体内，由可编程控制器控制。当接通电源时，气动阀被切换到工作状态位置，当关闭电源时，他们便回到初始位置。此外，操作者能在任何点上停止机器人的运动，如果机器人的传感器在它的有效范围内检测到障碍物，机器人也会自动停止。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它能在两个相互垂直的表面上行走包括从地面到墙面或者从墙面到天花板上。该机器人轴心的圆周边上装备着等距离根据步距设置的吸盘和气缸，组吸盘吸力与另组吸盘吸力的交替交换，类似脚踏似的运动方式，使机器人产生旋转步进运动。这种攀墙式机器人可被用于工具搬运或执行多种操作，如在核能发电站高层建筑物气动机械手位置伺服控制系统的研究或船舶上进行清扫检验和安装工作。机器人用遥控方式进行半自动操作，操作者只需输入运行的目标距离，然后计算机便能自动计算出必要的单步运行。操作者可对机器人进行监控。从上述实例可见，气动机器人己经取得了实质性的进展。就它在三维空间内的任意定位任意姿态抓取物体或握手而言，可直接分析各运动副与构件在时刻的位置运动量以及各运动副之间的相互运动关系及关键部件的受力情况。在环境下进行机构的运动仿真分析，不需要复杂的数学建模也不需要复杂的计算机语言编程，而是以实体模型为基础，集设计与运动分析于体，实现产品设计分析的参数化和全相关，反映机构的真实运动情况。本文以公司的三维建模软件及其中的运动学仿真功能建立气动机械手关节的运动仿真模型。首先在中建立气动机械手关节的三维模型，然后完成整个机械手的装配，设置关节的安装位置为机构运动的初始位置，添加驱动和约束，进行运动仿真。在整个过程中，需要对建立模型等前续工作进行不断气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析的修改和完善，才能生成所要求的气动机械手关节的仿真模型。气动机械手关节的运动学分析仿真时，气动肌肉作为动力源，极限位置是气动肌肉与转动轴铰链点在同条直线上，即出现死点的位置。第肩关节的运动仿真及分析第肩关节运动前后的位置如图和所示。在此运动过程中，无干涉现象，通过测量极限位置的角度，得到，所以第肩关节绕轴的实际最大运动范围为。运动前运动后图第肩关节仿真效果图第二肩关节的运动仿真及分析第二肩关节运动前后的位置如图和所示。在此运动过程中，无干涉现象，通过测量极限位置的角度，得到，所以第二肩关节绕轴的实际最大运动范围为。运动前运动后图第二肩关节仿真效果图浙江理工大学本科毕业设计论文肘关节轴方向的运动仿真及分析肘关节轴方向运动前后的位置如图所示，其中图表示向上转动，图表示向下转动。在此过程中，均发生干涉现象，发生图现象的原因是肘关节有块挡板连接板，向上转动时气动肌肉碰到挡板连接板而发生干涉由于挡板上的铰链点的距离太近，在运动到极限位置之前，两对气动肌肉就已发生了干涉。发生图现象是由于原因。运动前运动后向上转动运动前运动后向下转动图肘关节轴方向仿真效果图其中原因是无法解决的，不过可以通过增加挡板的长度来增加向上转过的角度原因可以通过增加挡板上的铰链点的距离如图即的长度来改善，值得提的是改变的长度，点不能运行到的位置，这里取。相应的腕关节在轴方向上的。修改后的肘关节轴方向运动到极限位置的效果图如图所示。绕轴的运动范围为。气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析运动前运动后向上转动运动前运动后向下转动图修改后肘关节轴方向仿真效果图肘关节轴方向的运动仿真及分析肘关节轴方向运动前后的位置如图和所示。在此过程中无干涉现象，通过通过测量极限位置的角度，得到，所以肘关节绕轴的实际最大运动范围为。运动前运动后图肘关节轴方向仿真效果图浙江理工大学本科毕业设计论文腕关节轴方向的运动仿真及分析腕关节在轴方向上的零件尺寸已经根据肘关节在轴方向的零件尺寸进行修改。运动前后的位置如图和所示。在仿真过程中，无干涉现象，通过测量极限位置的角度，得到，所以腕关节绕轴的实际最大运动范围为。运动前运动后图腕关节轴方向仿真效果图腕关节轴方向的运动仿真及分析腕关节轴方向运动前后的位置如图和所示。此过程中无干涉现象，通过通过测量极限位置的角度，得到，所以腕关节绕轴的实际最大运动范围为。运动前运动后图腕关节轴方向仿真效果图第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向的运动仿真及分析第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向运动前后的位置如图和所示。在此过程中无干涉现象，说明此次设计的气动机械手能在预期的范围内进行运动。气动机械手关节结构设计及运动学仿真分析运动前运动后图总运动效果图第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向的运动仿真及分析第二肩关节，肘关节轴方向，腕关节轴方向运动前后的位置如图和所示。在此过程中无干涉现象，说明此次设计的气动机械手能在预期的范围内进行运动。运动前运动后图总运动效果图浙江理工大学本科毕业设计论文第章结论本文设计了个全部由气动肌肉驱动的机械手，从整体结构到各个关节手臂零件的设计，通过理论计算和三维模拟仿真，对各个关节进行优