实验11生物生产机器人实验指导书气动系统.pdf

气动机械手自动测量、搬运、回转运输系统实验 一、实验目的 随着计算机技术和信息采集与处理技术的发展，机器视觉与农业机器人的研究得到重 视，成为在农业机械装备中应用智能控制和信息技术等高新技术研究的重要方向。气动技术 具有一系列显著优点，在生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。 可编程序控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发 展起来的一种新型、通用的自动控制装置，它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性 高、灵活通用和使用方便等一系列优点，近年来在生产过程的自动控制中得到了越来越广泛 的应用。基于以上气动技术和PLC 的优点，目前大部分的机械手均采用气动技术和PLC 控 制。本实验基于气动控制的基本知识、PLC 的编程和实际应用并且结合必要的传感器知识， 使学生了解气动控制的结构及其重要组成以及气动控制系统在生物生产机器中的应用。 二、主要设备 浙江大学研制的气动机械手自动测量、搬运、回转运输系统。 该实验装置的示意图如图所示，主要包括：气动机械手、气动运输台、气动回转台、气 动测量系统、分类系统、气动控制系统等。 由该实验系统可以实现对象的抓取、运输、旋转、测量、吸取等功能 三、内容要点 近20年来，随着电子技术的飞速发展，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其在各种自动 化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制器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、柔性自动化生产线的迅速发展，对 气动技术提出了更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，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。气动技术已成为实现现代化传 动和控制的关键技术之一，并且在生物生产自动化中开始广泛应用。 由于气压传动技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性 高、使用寿命长、对环境没有污染，所以在生物生产过程中的对象移动、回转、测量和执行 机械手的驱动系统中常采用气压技术，本实验系统是集机械、电气、气动和控制于一体的典 型机械之一。随着电子技术的不断发展，PLC 的应用越来越广泛，其功能也越来越强大并逐 步代替了传统的继电器控制。目前，气动系统的控制装置多数采用可编程控制器(PLC) 。 气压传动是以空气与压缩机为动力源，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，是实现各种生物生产过程、自动控制的重要手段之一。 典型的气压传动系统由气压发生装置、气动执行元件、控制元件和辅助元件组成。 在生物生产过程中采用气动元件有以下优点： 1)空气可以从大气中取之不竭，无介质费用和供应上的困难，同时，可以将用过的空气 直接放入大气，处理方便，不致污染环境。 2)空气的粘度很小，在管道小流动时压力损失较小，因此压缩空气便于集中供应和远距 离输送。 3)压缩空气的工作压力较低，一般在 0.4~0.8MPa，可降低对气动元件的材质和制造精度 的要求，因而结构简单，易于制造，成本低。 4)气压传动动作迅速，反应快，因此，特别适用于一般机械设备的控制上。 5)气压传动维护简单，工作介质清洁，管道不易堵塞，亦不存在介质变质、补充和更换 等问题。 6)使用安全、可取。可以在高温、震动、腐蚀、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶 劣环境下工作，便于实现过载自动保护。 气源系统作为气动系统的动力源，不仅要满足系统对气体压力和流量的要求，而且要 满足系统及其应用对象和作业环境对空气质量的要求。一般而言，气源系统由气压发生装置、 空气净化及处理装置、储存装置和传送管道组成。如下图所示。 气动执行元件 气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的能量转换装置。包括气缸和气马 达。气缸用于实现直线往复运动；气马达用于实现旋转运动。气缸的优点是结构简单、成本 低、工作可靠；在有可能发生火灾和爆炸的危险场合使用安全；但是气缸也有缺点．主要是 由于空气的压缩性使速度和位置的控制精度不高，输出功率小。 气缸可以按照压缩空气作用在活塞端面上的方向、结构特征、安装形式和作用等分类， 气缸的品种繁多，各种类型及型号的气缸性能是适用工况条件不尽相同。选择气缸的过程需 要考虑的因素一般有以下几个方面： （1） 根据气缸的工作要求，选定气缸的规格； （2 ） 根据工作要求、工况特点及工作环境条件来选择气缸的品种； （3 ） 验算缓