隨著工業機械化和自動化的發展以及氣動技術自身的一些優點，氣動機械手已經廣泛應用在生產自動化的各個行業。本文就氣動機械手的應用現狀和發展前景作了簡單概述。

1 前言

近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合，使整個系統自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發展，對氣動技術提出了更多更高的要求；微電子技術的引入，促進了電氣比例伺服技術的發展，現代控制理論的發展，使氣動技術從開關控制進入閉環比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內外都在大力開發研究。

從各國的行業統計資料來看，近30多年來，氣動行業發展很快。20世紀70年代，液壓與氣動元件的產值比約為9:1，而30多年后的今天，在工業技術發達的歐美、日本等國家，該比例已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業起步較晚，但發展較快。從20世紀80年代中期開始，氣動元件產值的年遞增率達20%以上，高于中國機械工業產值平均年遞增率。隨著微電子技術、PLC技術、計算機技術、傳感技術和現代控制技術的發展與應用，氣動技術已成為實現現代傳動與控制的關鍵技術之一。

2 氣動技術及氣動機械手的發展過程

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現各種生產控制、自動控制的重要手段之一。 大約開始于1776年，Johnwilkimson發明能產生1個大氣壓左右壓力的空氣壓縮機。1880年，人們第一次利用氣缸做成氣動剎車裝置，將它成功地用到火車的制動上。20世紀30年代初，氣動技術成功地應用于自動門的開閉及各種機械的輔助動作上。至50年代初，大多數氣壓元件從液壓元件改造或演變過來，體積很大。60年代，開始構成工業控制系統，自成體系，不再與風動技術相提并論。在70年代，由于氣動技術與電子技術的結合應用，在自動化控制領域得到廣泛的推廣。80年代進入氣動集成化、微型化的時代。90年代至今，氣動技術突破了傳統的死區，經歷著飛躍性的發展，人們克服了閥的物理尺寸局限，真空技術日趨完美，高精度模塊化氣動機械手問世，智能氣動這一概念產生，氣動伺服定位技術使氣缸高速下實現任意點自動定位，智能閥島十分理想地解決了整個自動生產線的分散與集中控制問題。 氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境等優點而被廣泛應用。

氣動機械手強調模塊化的形式，現代傳輸技術的氣動機械手在控制方面采用了先進的閥島技術（可重復編程等），氣動伺服系統（町實現任意位置上的精確定位），在執行機構上全部采用模塊化的拼裝結構。

90年代初，由布魯塞爾皇家軍事學院Y·Bando教授領導的綜合技術部開發研制的電子氣動機器人——“阿基里斯”六腳勘探員，是氣動技術、PLC控制技術和傳感技術完美結合產生的“六足動物”。

6個腳中的每一個腳都有3個自由度，一個直線氣缸把腳提起、放下，一個擺動馬達控制腳伸展/退回運動，另一個擺動馬達則負責圍繞腳的軸心做旋轉之用。 由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動攀墻機器人，它集遙感技術和真空技術于一體，成功地解決了垂直攀緣等視為危險工作的操作問題。

Tron-X電子氣動機器人，能與人親切地握手，它的頭部、腰部、手能與人類一樣彎曲運動，并且有良好的柔韌性。在幕后操縱人員的操作下（或通過自身的編程控制）能與人進行對話，或作自我介紹等。Tron-X電子氣動機器人集電子技術、氣動技術和人工智能為一體，它告訴我們，氣動技術能夠實現機器人中最難解決的靈活的自由度，具有在足夠工作空間的適應性、高精度和快速靈敏的反應能力。

3 氣動機械手的應用現狀

由于氣壓傳動系統使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環境下工作”’。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩、可靠、節能和不污染環境、容易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等優點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、半導體及家電行業、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業等。

現代汽車制造工廠的生產線，尤其是主要工藝的焊接生產線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應用之一。

在彩電、冰箱等家用電器產品的裝配生產線上，在半導體芯片、印刷電路等各種電子產品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標位置。對加速度限制十分嚴格的芯片搬運系統，采用了平穩加速的SIN氣缸。 氣動機械手用于對食品行業的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝；用于煙草工業的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。 此外，氣動系統、氣動機械手被廣泛應用于制藥與醫療器械上。如：氣動自動調節病床，Robodoc機器人，da Vinci外科手術機器人等。

4 發展前景及方向

4.1 重復高精度

精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預測的，因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數地重復運行機器人來測定。隨著微電子技術和現代控制技術的發展，以及氣動伺服技術走出實驗室和氣動伺服定位系統的成套化。氣動機械手的重復精度將越來越高，它的應用領域也將更廣闊，如核工業和軍事工業等。

4.2 模塊化

有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導向系統裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅動部件采用了特殊設計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。優良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應用范圍，是氣動機械手的一個重要的發展方向。

智能閥島的出現對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設備，特別是緊湊型CP閥島，它對分散上的集中控制起了十分重要的作用，特別對機械手中的移動模塊。

4.3 無給油化

為了適應食品、醫藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經問世。隨著材料技術的進步，新型材料（如燒結金屬石墨材料）的出現，構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節省潤滑油、不污染環境，而且系統簡單、摩擦性能穩定、成本低、壽命長。

4.4 機電氣一體化

由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統仍然是自動化技術的重要方面；發展與電子技術相結合的自適應控制氣動元件，使氣動技術從“開關控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復合集成系統，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統的可靠性。

而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術的發展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應手。

5 結束語

氣動技術經歷了一個漫長的發展過程，隨著氣動伺服技術走出實驗室，氣動技術及氣動機械手迎來了嶄新的春天。目前在世界上形成了以日本、美國和歐盟氣動技術、氣動機械手三足鼎立的局面。我國對氣動技術和氣動機械手的研究與應用都比較晚，但隨著投入力度和研發力度的加大，我國自主研制的許多氣動機械手已經在汽車等行業為國家的發展進步發揮著重要作用。隨著微電子技術的迅速發展和機械加工工藝水平的提高及現代控制理論的應用，為研究高性能的氣動機械手奠定了堅實的物質技術基礎。由于氣動機械手有結構簡單、易實現無級調速、易實現過載保護、易實現復雜的動作等諸多獨特的優點，可以預見，在不久的將來，氣動機械手將越來越廣泛地進人工業、軍事、航空、醫療、生活等領域。