现代工业自动化领域中,气动技术发展已成为一门集各学科为一体的综合自动化控制技术,在智能装备、自动化生产线领域发挥着重要作用。为了加强对学生工程实践能力的培养,在现代气动技术课程教学中分别从教学内容、教学方法、考核方法三方面进行了思考和探索。

针对服务型机器人对系统的柔性、安全性提出的高要求,开展了气压驱动轻量型机械臂的伺服控制系统和碰撞检测方法研究。设计制作了二自由度轻量型机械臂样机,建立了机械臂的运动学和动力学方程,对系统的摩擦力矩进行了辨识。采用PID与加速度反馈和摩擦力前馈补偿控制策略,解决了机械臂关节旋转过程中的低速爬行问题。研究了基于被动柔顺控制和动力学方程的碰撞检测方法,实现了机械臂的防碰撞功能,提高了系统的安全性。通过对实验样机的试验测试,验证了机械臂的位置伺服控制策略和碰撞检测方法的有效性。

为了满足服务型机器人对人机交互动作柔软性、安全性的高要求,基于仿生学理论提出了一种气压驱动扇形柔性关节,并将其用于多指灵巧仿人机械手的构建。采用柔性关节驱动和刚性手部骨骼相结合的设计理念,兼顾手部刚度与柔性。通过关节角度的检测和供气压力的调节,实现手指关节弯曲角度和手指抓握力的连续控制。描述了扇形柔性关节的工作原理和结构设计特点,以及手部整体结构的设计,并对机械手抓握动作和功能进行了试验分析。试验结果表明:柔性多指灵巧仿人机械手能够完成各种手势以及对球状、圆柱状和卡片状等物体的抓取。

针对中风导致的人体上肢运动功能障碍,提出了一种气动上肢康复训练机器人系统,并研制了二自由度的机器人样机。以带位置检测传感器的摆动气缸作为机器人的关节驱动模块,用比例调压阀作为控制元件,采用PD+速度前馈的柔顺控制策略,对机器人的关节旋转角度实施精准控制。同时,设计了机器人的复合运动轨迹规划,以取水和擦玻璃动作为任务,带动手臂进行康复训练实验。通过样机的测试,验证了控制策略的有效性和康复轨迹规划的可行性。

随着机器人工作范围越来越广泛,运行环境情况也更加复杂,为了解决传统刚性连杆多足机器人对环境适应性不足,设计一种采用柔性材料、基于Arduino平台控制的气动仿生四足机器人。机器人本体采用16根气动人工肌肉进行驱动,单腿配置采用菱形布局的4根气动人工肌肉,模拟生物肌肉驱动通过气动人工肌肉组对以充放气实现的拉伸力摆动四足。通过Arduino编程协调16个开关量的先后顺序改变三位五通电磁阀的工作位来控制四条腿的摆动顺序,从而对机器人进行步态规划,并通过相关实验实现了多种步态动作模式。

六自由度机械臂在实际工业生产中拥有广泛的应用,其中一个重要方向为基于视觉的零件分拣。为实现分拣,首先要进行机器视觉标定,通常需要繁琐的标定步骤,并调整机器人坐标系。为降低标定难度,提高标定效率,基于OpenCV算法库,介绍了一种快速的标定方法。该标定方法只需简单的标定板,配合霍夫变换和线性回归拟合,可获得准确的标定结果。通过测量标定结果精度以及实际抓取验证,该方法能够满足零件分拣作业需要,在工业生产中具有一定应用价值。

现有的力觉反馈设备,大多将驱动力直接作用于操作人员,具有操纵安全性和柔顺性上的缺陷。针对这个问题,设计了一种用于主从控制的阻尼力可调关节模块机构。该关节模块机构基于制动器原理设计,为被动力反馈系统,安全性好。驱动器使用一对膜片式气缸,采用驱动力转换为摩擦力方式,间接达到转动阻尼力调节的目的。文中论述了阻尼力可调关节模块的设计方案、阻尼力调控原理,并对制作的样机进行实验和数据分析。经过实验证明,阻尼力可调关节模块机构响应速度快、运动可靠、控制精度高,达到了主从控制的使用要求。

该文提出了一种基于高速开关阀微调的气压精密控制方法，文中详细叙述了该方法的控制策略。用该控制策略控制高速开关阀，可以实现压力容器微小流量的供给与排出，达到了压力的精密控制目的。实验结果验证了该控制方法的有效性和可行性。

目前，下肢步态康复训练外骨骼机构主要是由电机驱动，造成系统刚性大、柔性差，满足不了人体康复训练安全性和舒适性的要求。结合气压驱动在康复医学上的优点以及气体的可压缩性、柔顺性和安全性等特点，研究了一种结构简单，利用气动比例技术驱动的可穿戴外骨骼机构。依据三维设计技术和仿真分析，建立数学模型。采用PLC和气动比例方向阀实现气动位置伺服控制。实验表明：该外骨骼机构具有运动轨迹连续、控制效果好和安全性强等特点。

设计的气动人工肌肉驱动的灵巧手控制系统，由数据手套完成远端到临近点的主从控制，由分布式二级控制系统完成临近点到接触点的自主控制。两种控制方式相融合，既提高了抓取效率，又保证了抓取的柔性，对灵巧手的智能控制方法的研究有一定的参考价值。