氣動機器人文獻資料機器人是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建筑業，或是危險的工作。它是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物。在工業、醫學、農業、建筑業甚至軍事等領域中均有重要用途。現在，國際上對機器人的概念已經逐漸趨近一致。一般來說，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。聯合國標準化組織采納了美國機器人協會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的操作機；或是為了執行不同的任務而具有可用電腦改變和可編程動作的專門系統。”它能為人類帶來許多方便之處。機器人能力的評價標準包括：智能，指感覺和感知，包括記憶、運算、比較、鑒別、判斷、決策、學習和邏輯推理等；機能，指變通性、通用性或空間占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、聯用性和壽命等。因此，可以說機器人就是具有生物功能的實際空間運行工具，可以代替人類完成一些危險或難以進行的勞作、任務等。機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統和復雜機械等組成。一執行機構即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構，其中的運動副（轉動副或移動副）常稱為關節，關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執行器）和行走部（對于移動機器人）等。二驅動裝置是驅使執行機構運動的機構，按照控制系統發出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。三檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況，根據需要反饋給控制系統，與設定信息進行比較后，對執行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內部信息傳感器，用于檢測機器人各部分的內部狀況，如各關節的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環控制。一類是外部信息傳感器，用于獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環境的有關信息，利用這些信息構成一個大的反饋回路，從而將大大提高機器人的工作精度。四控制系統有兩種方式一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發送指令信息；作為下級從機，各關節分別對應一個。?隊進行插補運算和伺服控制處理，實現給定的運動，并向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同，機器人的控制方式又可分為點位控制、連續軌跡控制和力（力矩）控制。中國的機器人專家從應用環境出發，將機器人分為兩大類，即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人，包括：服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前，國際上的機器人學者，從應用環境出發將機器人也分為兩類：制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人，這和中國的分類是一致的。 空中機器人又叫無人機器，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。80多年來，世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的，無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看，美國均居世界之首位。氣動技術簡介氣動技術，全稱氣壓傳動與控制技術，是生產過程自動化和機械化的最有效手段之一，具有高速高效、清潔安全、低成本、易維護等優點，被廣泛應用于輕工機械領域中，在食品包裝及生產過程中也正在發揮越來越重要的作用。氣動技術用途宇宙開發，姿態控制，生命維持系統，醫療器械，氣墊床，人造心臟，省力產業機器人，真空搬運，住宅產業，空氣門，氣控噴涂，空氣幕簾，空調，計量設備，氣動量儀，液面檢測裝置，紡織，氣動精紡，化學工業，過程控制，液化氣體，控制，可動元件，純流體元件，海洋開發，水中空氣呼吸器，海底送氣系統，潛水，車輛，氣動門，氣動離合器，氣動剎車，空氣輪胎，礦山業風鎬（鑿巖機），造船，防暴控制，氣墊船，氣動工具，氣動研磨機，空氣鉚釘槍，空氣錘，農業，空氣消毒，噴霧防蟲，娛樂產業空氣槍，空氣墊、充氣帳篷、充氣船、運輸,空氣傳送帶、工業機械、機床的自動控制、食品機械自控制、包裝機械的自動控制、沖壓機械的自動控制等。氣動技術應用的最典型的代表是工業機器人。代替人類的手腕、手以及手指能正確并迅速的做抓取或放開等細微的動作。除了工業生產上的應用之外，在游樂場的過山車上的剎車裝置，機械制作的動物表演以及人形報時鐘的內部，均采用了氣動技術，實現細小的動作。液壓可以得到巨大的輸出力但靈敏度不夠；另一方面要用電能來驅動物體，總需要用一些齒輪，同時不能忽視漏電所帶來的危險。而與此相比，使用氣動技術即安全又對周圍環境無污染，即使在很小的空間里，也可以實現細小的動作。如果尺寸相同，其功率能超過電氣。與此特性所帶來的需求完全相一致的就是半導體產業。在生產線上，實現前進、停止、轉動等細小簡單的動作，在自動化設備中不可或缺。在其它方面，如制造硅晶片生產線上不可缺少的電阻液涂抹工序中使用的定量輸出泵以及與此相配合的周邊機器。氣動機器人是多自由度的機電氣一體化系統，影響其定位精度的因素有兩個方面：一是數學模型是否準確;二是實現數學模型的控制系統、檢測系統定位裝置及執行機構的度是否滿足要求.所以正確建立其數學模型對定位精度的分析與提高有著重要的意義，以前多數文獻在建立機器人的誤差數學模型時，把構件視為剛體，視運動副沒有間隙.而實際上機器人的構件有加工誤差裝配誤差，在運動過程中有摩擦和摩損，運動副的間隙會增大.而構件有彈性，在慣性力、重力和外載荷作用下產生的彈性變形也會引起誤差而氣動機器人由于壓縮空氣在力作用下還會產生很大的位移誤差。壓縮空氣驅動的機器人，既經濟、清潔，又防火，其制造費和使用費僅為電驅動及液壓驅動機器人的3%一25%.因此特別適合我國及第三世界使用.但是氣動機器人的沖擊大，不易任意位置準確定位及連續軌跡控制.因此目前僅用作簡單的裝卸與搬運作業.如果研究解決好經濟型氣動機器人的任意位置準確定位及連續控制問題，就能擴大它的通用性和使用范圍，加以它的經濟性優勢，在國內外市場上將會有很大的競爭潛力和發展。因此研究和解決經濟型氣動機器人的任意位置準確定位及提高定位精度的方法與裝置，有著重要的現實和長遠的意義高精度的壓力控制，在許多方面有著廣泛的應用，如用于壓力表和壓力傳感器的標定、模擬潛艇或水下機器人在水中的深度變化等［1］。傳統的壓力控制，常常是通過電液伺服閥來實現的［2］。由于壓力源的壓力波動或電液伺服閥自身的控制靈敏性問題，實現高精度的壓力控制是非常困難的。本文所研究的高精度壓力控制系統，是基于密閉液體的體積變化與壓力變化之間呈反比的特性，通過強制改變密閉液體體積，實現壓力筒內部壓力的大范圍、高精度的連續控制。2系統的組成及工作原理系統由壓力筒、強制改變密閉液體體積的機械系統、計算機控制系統和數字式壓力傳感器組成。機械系統由伺服電機、諧波減速器、滾珠絲桿、螺母驅動的活塞桿、壓力筒組成見圖1。伺服電機根據計算機控制系統發來的控制信號，通過諧波減速器控制滾珠絲桿的回轉運動，往復運動的螺母帶動活塞桿實現伸縮運動。插入壓力筒內的活塞桿的伸縮運動使壓力筒內的密閉液體的體積發生變化，從而導致壓力筒內的壓力發生改變，進而實現壓力筒內部的壓力控制。計算機控制系統由工控機、檢測壓力筒壓力的高精度壓力傳感器、A/D卡、D/A卡、伺服電機控制模塊等組成，如圖2所示。工控機根據操作人員的設定信息，通過D/A卡、伺服電機控制模塊對伺服電機進行控制及驅動。伺服電機則通過減速器驅動電動缸活塞桿的伸縮，使壓力筒內的壓力發生變化。高精度的壓力傳感器將壓力信息反饋給計算機，構成閉環控制回成工藝循環。微細加工技術、微傳感器技術、微電子技術和微機電系統(MEMS)集成技術的發展為研究開發柔性主動內窺鏡檢查系統提供了有利條件,研制開發少創或無創介入的診查微機器人系統也是醫用機器人發展的一個重要方向。目前，醫療機器人按驅動方式有：電磁驅動式、壓電驅動式、氣動式以及通過功能材料形狀記憶合金驅動等幾種，按移動機構可分為腿式、輪式及蠕動移動等方式，與人體直接接觸的醫用機器人要求柔性接觸，因此柔性蠕動式為無創微創進入人體腔道診察機器人的首選方式［7］。氣動機器人系統由于氣體的可壓縮性而具有柔性，為此，研制了具有柔性的氣動機器人系統用于人體腔道內環境診查和治療，設計了該機器人的電-氣控制系統，控制機器人的移動，實現診療任務。氣動機器人移動1)后支撐單元鉗位。后氣囊充氣后緊壓氣管壁，固定不動，前支撐單元氣囊不充氣，處于放松狀態。驅動器伸長。驅動3氣室通氣使驅動器伸長，推動前支撐單元前移一步。前支撐單元鉗位。使前氣囊充氣緊壓氣管壁，固定不動。后支撐單元放松。后支撐單元放氣閥打開，氣囊放氣，脫離氣管壁。驅動器收縮。驅動器在張力作用下收縮復位，并帶動后支撐單元通過前移一步。后支撐單元鉗位。使由后支撐單元氣囊充氣，緊壓氣管壁，也處于鉗位狀態。通過(1)~(6)完成一個循環，機器人前移一步。2電-氣控制系統電-氣控制系統主要由PC計算機、數據采集轉換設備、隔離放大驅動電路、10個繼電器、10個電磁閥、壓力傳感器、高壓氣源及壓力、流量調閥組成。采集轉換設備采用了NI公司生產的USB-6008,該數據采集卡具有8通道、12或14位模擬輸入、2個模擬輸出、12路I/O,以及1個定時器，通過該卡控制10個繼電器的通、斷，從而實現對連接機器人通氣管路的電磁閥的開閉控制，及機器人治療傳感機構的控制，通過該卡實現通氣管道壓力傳感器及機器人攜帶的傳感器的信息采集。電子氣動機器人電子氣動機器人系統系采用模塊化結構設計技術、精選國外工程用優良元器件、集控制)檢測)執行等于一體的綜合性實驗裝置。電子氣動機器人系統由控制模塊(基本模塊)和操作機模塊構成：控制模塊由FX2N系列PLC、F940GOT人機界面及輸出輸入接口板組成；操作機模塊由電子氣動機器人、基本氣動回路實驗模塊及相應接口板組成。圖1a所示為電子氣動機器人系統結構組成。要求該控制系統具有手動運行模式、原點回歸模式和自動運行模式。手動模式：按動各開關按鈕，氣缸可作相應手動控制；原點模式：按回原點按鈕氣缸回原點位置，前臂（垂直氣缸）處在上升的極限位置，后臂（水平氣缸）處在縮進的極限位置，旋轉缸處在逆時針轉動的極限位置，氣手指松開；自動模式：在完成回原點操作后，將模式開關切換至自動模式，此時按啟動按鈕可實現自動運行，按停止按鈕，機器人將在1個循環工作結束后停止。電子氣動機器人控制系統根據工藝要求，以及考慮到本系統作為教學設備需具有較大擴展余量，選用FX2N-48MR型PLC主單元。另外，控制系統選用了F940GOT人機界面，有關控制的輸入、輸出信息、工作狀態等都可以通過