论工业4.0时代气动技术的发展前景

论工业4.0时代气动技术的发展前景

作者：季和伟吴科明

来源：《中国科技博览》2016年第03期

[摘要]“互联网+制造”就是工业4.0，工业自动化是工业4.0的根基，随着现代气动技术、气动伺服控制技术和计算机控制技术的发展，气动机械手作为典型的机、电、气一体化装置，它代表着现代气动技术发展的成就和方向，在工业自动化领域中将会得到极大的发展。

[关键词]自动化；气动机械手；发展

中图分类号：TH138 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0030-01

[Abstract]"Internet + manufacturing" is industry 4.0， industrial automation is the foundation of industrial 4， with the development of modern pneumatic technology， pneumatic servo control technology and computer control technology， pneumatic manipulator as a typical machine，electric， gas integration device， which represents the achievements and direction of modern pneumatic technology development， will be greatly developed in the field of industrial automation.

[Key words]Automation；Pneumatic manipulator；Development

机械手是一种模仿人手动作，并按预先设计好的的程序、轨迹和要求代替人手抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化装置。气动机械手作为机械手的一种，他的特点是以压缩空气作为动力传递介质，运用气缸、气马达或其它气动装置作为传动机构。随着现代气动技术、气动伺服控制技术和以计算机技术为核心的控制技术的飞速进步，气动机械手也发展起来。它代表着现代气动技术发展的成就和方向。气动机械手是典型的机、电、气一体化的产物，以其价廉、简单、维护方便、抗污染能力强等优点，在工业自动化领域中得到愈来愈广泛的应用。

自1980年以来，气动技术的应用领域迅速拓宽，在各种自动化生产线上及特别在机床夹具上气动机械手得到广泛应用。PLC技术与气动技术相结合，使气动技术控制方式更灵活、可靠和多样性；因气动机械手以及柔性自动生产线的迅速发展，对气动控制技术提出了很高的要求；而电气比例伺服技术与现代控制理论的突飞发展，把气动控制技术从开关控制发展成闭环比例伺服控制，控制精度达到前所未有的高度，现在国内外都在进行该技术的研究，投入了大量的人力和物力。

从国内外的统计数据资料来看，20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9：1，到21世纪初，在欧美、日本等工业化国家，该比例已达到6：4，甚至接近5：5。我国的气动控制技术研究较晚，但发展速度较快。从上世纪80年代开始，气动元件产值的年递增率在20%以上。

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。大约在1776年，发明了能产生1个大气压左右压力的空气压缩机；1880年前后，人们第一次将气缸成功地运用到火车的刹车装置。1930年初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至1950年初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。1960年左右，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。1970年后，因气动与电子技术的综合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。1980年后进入气动集成化、微型化的时代。90年代至今，获得了飞跃性的发展。1997 年制造的换向阀与 1961 年相比较，在相同流量及功能的前提下，体积仅为前者的7%。人们克服了阀的物理尺寸局限，首次制造了无壁厚电磁换向阀（FESTO 公司CP 阀岛）。因真空技术日趋完善，过滤、真空产生、真空释放、真空保持、压力开关等功能集成一个真空阀体中，取代由真空泵、真空阀、压力继电器所组成的庞大回路装置。重复精度达到 0.0lmm 以下的模块化气动机械手，5mm/s 低速平稳运行和 17m/s高速运动的气缸相继研发成功。在与计算机、电气、传感、通信等技术相结合的基础上研发出了气动比例与伺服、智能阀岛、模块化机械手等，从而产生了智能气动这一概念。气动伺服定位技术可使气缸在高速运动（3m/s）的情况下实现任意点自动定位。智能阀岛解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、平稳、动作迅速、可靠、重量轻、节能和不污染环境等优点。气动机械手模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的可重复编程阀岛技术，以及可实现任意位置上精确定位的气动伺服系统，在执行机构上采用了模块化的集成结构。

近期，由布鲁塞尔皇家军事学院Y·Bando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人一……可基里斯‟‟六脚勘探员，是气动技术、PLC控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”。6个脚中的每一个脚都有3个自由度，一个直线气缸把脚提起、放下，一个摆动马达控制脚伸展/退回运动，另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。另外汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于一体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。一些电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部、腰、手能与人类一样弯曲、伸缩，具有有良好的柔韧性。在幕后的操纵人员的操作下能与人进行对话；或通过自身的编程控制实现。电子气动机器人集电子、气动和人工智能为一体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活性和良好的柔韧性，具有在一定工作空间内的适应性、高精度和灵敏的快速反应能力。

综上所述，有效的应用机械手是发展机械工程的必然趋势。“互联网+制造”就是工业4.0，工业自动化是工业4.0的根基，随着现代气动技术、气动伺服控制技术和计算机控制技术的发展，气动机械手作为典型的机、电、气一体化装置，以其价廉、简单、维护方便、抗污染能力强等优点，在工业自动化领域中将会得到极大的重视和发展。

参考文献

[1] 《气压传动系统动力学》，华南理工大学出版社，李建藩主编，1991