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[摘要]：气动技术具有其独特的优势， 加上近年在缓冲、伺服和集成化等方面的技术发展， 使它的应用与日俱增，决不是“夕阳工业”，将与其他机电工业共同、持续地发展。本文对气动技术的新发展作了简要介绍。
[关键词]：气动技术 发展 趋势 机器人 机械手
中图分类号：O355 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）32- 0047 -01
前言：气压传动与控制简称“气动技术”，是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古时代，但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地应用到火车的制动上。20世纪30年代初，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。进人20世纪70年代，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛地应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。
一、气动技术的现状
1、汽车制造工业。
现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如车身在每个工序的移动、车身外壳被真空吸盘吸起和放下、在指定工位的夹紧和定位、点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。高频的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一。另外，搬运装置中使用的高速气缸（最大速度达3m/s）、复合控制阀的比例控制技术都代表了当今气动技术的新发展。
2、电子、半导体制造行业。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，以及许多灵巧的真空吸盘将物品轻轻吸住，运送到指定位置上。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。
3、生产自动化的实现。
气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。在缝纫机、手表、自行车、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等许多工序中都使用气动技术。近年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9 ： 1， 30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达5：4，甚至接近5：5。由于气动元件的单价比液压元件便宜，在相同产值的情况下，气动元件的使用量及使用范围已远远超过了液压行业。气动行业的知名企业有日本的SMC仪德国的FESTO、英国的NORGREN和美国的PARKER等。
二、气动技术发展的新趋势
1、精确化
1.1 帶磁性接近开关的气缸由于在活塞上装有永久磁铁， 故当活塞运动到接近开关的预设位置时， 活塞上的磁铁使触点闭合， 发出电信号， 指示行程位置或控制某一元件动作。省去了机械定位档块和附加的位置传感器等部件。
1.2 气液变换执行元件
在一些应用场合， 不仅要求执行元件有足够的驱动力， 而且要求进给速度均匀、可调、在负载变化时能保持其平稳性。普通气缸的特点是动作快， 但速度不易控制， 会出现“爬行”和“自走”等现象， 难以满足这些要求； 而液压缸的特点是动作较慢， 但负载刚性高， 速度稳定性好。将二者恰当地组合起来， 发挥各自的优点， 即成为目前气动（或液压） 控制系统中普遍采用的气液压阻尼缸。
2、高速化
气缸的高速化发展对提高装置的生产效率有着重要意义， 近年来颇引人注目， 不仅SMC 公司，CKD， TAIYO， ORIGA， NORGREN， MECMEN 等公司研制的无出杆气缸的V max 都已达到2m/ s 以上， 其它类型的高速气缸甚至达到了3～ 4m/ s 的速度， 气缸高速化的发展相应需要解决的技术问题，除对密封的材料、形状有所考虑外， 气缸的驱动方式及如何吸收冲击惯量进行缓冲等问题非常重耍。关于气缸缓冲机构装置， 外部缓冲回路的构成等研究， 国外各企业十分重视， 这方面的专利也颇多。
3、小型化
3.1 针笔型气缸。CJ1、CJP 系列针笔型气缸的缸径小至D215 ～D 15mm， 可以用于小型和微型机械设备的场合。
3.2薄型气缸。CU 系列、CQ2 系列、MU 系列气缸属节省安装空间型气缸， 其中CU 系列气缸可以多方位安装固定， CQ2 系列是轴向超薄型气缸， 这种缸适用于短行程大推力的场合。MU 系列是径向超薄型气缸，它采用椭圆活塞， 在同样推力的情况一下， 其厚度只是普通气缸的一半。
4、复合化
气缸的另一个发展趋势就是复合化， 为了方便用户， 缩短用户进行机械设计的时间， 各公司研制出复合化概念的气缸组件。例如SMC 公司的MRQ 系列直线、摇动复合缸， 具有两个运动自由度， 再配上两个灵活的气爪， 构成了颇有用途的机械手。NOK 公司的FPT 系列的平台承重式气缸将导轨、平台、气缸一体化， 该气缸平台直接承重达780kg， 可直接用作小型压力机下的移动底座。NSC 公司推出的带吸盘的一体化气缸， 与众不同的是： 1） 与真空发生器一体； 2） 吸盘接触到工件后， 吸着并自动复归， 无需真空压力继电开关； 3）气缸的推力不作用在工件上。另外还有其它公司开发的类似于机床卡盘的气动复合执行元件等， 这些具有复合功能的气缸， 大大地方便了用户的选择与使用。可以说， 市场的需求， 技术的竞争把气缸的发展带入到一个多样化的新时代。
5、高寿命、高可靠性和自诊断功能
5000万次寿命的气阀和3000km的气缸已商品化，但在纺织机械上有一种高频阀寿命要求1亿次以上，最好达2亿次。这个要求，现有的弹性密封阀很难达到，这使间隙密封元件重新获得重视。美国纽曼帝克（Numatics）公司有一种气阀，采用间隙密封，通气后阀芯在阀体内呈悬浮状态，形成无摩擦运动，还有自防尘功能，阀的寿命可超过2亿次，这虽然是个老产品，还是值得借鉴。 气动元件大多用于自动生产线上，元件的故障往往会影响全线的运行，生产线的突然停止，造成的损失严重，为此，对气动元件的工作可靠性提出了高要求。江苏某化纤公司要求供应的气动元件在设定寿命内绝对可靠，到期不管能否继续使用，全部更换。这里又提出了各类元件寿命的平衡问题，即所谓等寿命设计。有时为了保证工作可靠，不得不牺牲寿命指标，因此，气动系统的自诊断功能提到了议事日程上，附加预测寿命等自诊断功能的元件和系统正在开发之中。
三、气动机器人和气动机械手
气动机器人和机械手在技术上已经获得了很大的发展并迈入了一个新阶段， 在工业自动化系统中得到了广泛的应用。下面简要介绍一些实例。
1、气动攀墙机器人
由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人能在两个相互垂直的表面行走（ 包括从地面到墙面， 或从墙面到屋顶天花板上） 。该机器人轴心的圆周边上装備着几排等距离（根据步距设置） 的吸盘和气缸。一组吸盘的吸力与另一组吸盘的吸力交替变换， 类似脚踏式的运动方式， 使机器人产生旋转步进运动。这种攀墙式的机器被用作工具搬运， 或执行多种操作。如在核能发电站、高层建筑物或船舶上进行清扫、检验和安装工作。机器人用遥控方式进行半自动操作， 操作者只需输入所需运行的目标距离， 然后计算机便能自动计算出必要的单步运行。操作者可对机器人进行监控。攀墙机器人告诉人们， 利用气动技术中的真空吸盘， 能使机器人轻易解决垂直攀缘等被视为危险的工作。
2、机器人/ 机械手用气爪
SMC 的气爪产品有10 个系列， 其中两爪型中有平开式和支点开闭式， 驱动方式有直线式和旋转式， 根据用户不同要求， 设计出各有特色的产品。MHQG2 系列气爪具有高刚性， MHQJ2 系列为防尘、防水， MHQ2-6 系列属超薄型， 厚度仅有10mm。MHL2系列内有双活塞， 分开尺寸宽， 夹紧力强。MHR系列是旋转驱动方式， 具有高精度（重复精度±0.01m对中精度±0.05mm） ， MHR3为三爪结构。另外， 为了适应FMS 装配线的需要，SMC又开发出6 种连接规格的MA210和MA310气爪自动换接单元， 它具有气路、电路接点功能， 构成AHC 组件（ Auto Hand Chang ing System） ， 在使用时， 可根据工件对象的不同， 自动更换相适应的气爪。这种机构在机器人上的应用颇有前景。
四、结束语：
我国的气动产业固然达到了一定规模与技术水平，但是与国际提高前辈水平比拟，差距甚大。为了适应工业自动化领域的需求，多年来不断创新，在高精度、小型化、复合化、集成化等方面取得了长足的进步，推出了许多新元件，给工程师提供了更大更好的应用空间，这也使得它在工业自动化领域的应用不断扩大，在许多场合替代了过去的机械控制、液压控制及电器控制形式。可以预料，气动技术将得到更大的发展并在工业自动化系统中得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]肖珑.液压与气动传动技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007
[关键词]：气动技术 发展 趋势 机器人 机械手
中图分类号：O355 文献标识码：O 文章编号：1009-914X（2012）32- 0047 -01
前言：气压传动与控制简称“气动技术”，是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯到远古时代，但作为气动技术应用的雏形，大约开始于1776年发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地应用到火车的制动上。20世纪30年代初，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。进人20世纪70年代，随着工业机械化和自动化的发展，气动技术才广泛地应用在生产自动化的各个领域，形成现代气动技术。
一、气动技术的现状
1、汽车制造工业。
现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。如车身在每个工序的移动、车身外壳被真空吸盘吸起和放下、在指定工位的夹紧和定位、点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统。高频的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动技术应用之一。另外，搬运装置中使用的高速气缸（最大速度达3m/s）、复合控制阀的比例控制技术都代表了当今气动技术的新发展。
2、电子、半导体制造行业。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，以及许多灵巧的真空吸盘将物品轻轻吸住，运送到指定位置上。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。
3、生产自动化的实现。
气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。在缝纫机、手表、自行车、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等许多工序中都使用气动技术。近年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9 ： 1， 30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达5：4，甚至接近5：5。由于气动元件的单价比液压元件便宜，在相同产值的情况下，气动元件的使用量及使用范围已远远超过了液压行业。气动行业的知名企业有日本的SMC仪德国的FESTO、英国的NORGREN和美国的PARKER等。
二、气动技术发展的新趋势
1、精确化
1.1 帶磁性接近开关的气缸由于在活塞上装有永久磁铁， 故当活塞运动到接近开关的预设位置时， 活塞上的磁铁使触点闭合， 发出电信号， 指示行程位置或控制某一元件动作。省去了机械定位档块和附加的位置传感器等部件。
1.2 气液变换执行元件
在一些应用场合， 不仅要求执行元件有足够的驱动力， 而且要求进给速度均匀、可调、在负载变化时能保持其平稳性。普通气缸的特点是动作快， 但速度不易控制， 会出现“爬行”和“自走”等现象， 难以满足这些要求； 而液压缸的特点是动作较慢， 但负载刚性高， 速度稳定性好。将二者恰当地组合起来， 发挥各自的优点， 即成为目前气动（或液压） 控制系统中普遍采用的气液压阻尼缸。
2、高速化
气缸的高速化发展对提高装置的生产效率有着重要意义， 近年来颇引人注目， 不仅SMC 公司，CKD， TAIYO， ORIGA， NORGREN， MECMEN 等公司研制的无出杆气缸的V max 都已达到2m/ s 以上， 其它类型的高速气缸甚至达到了3～ 4m/ s 的速度， 气缸高速化的发展相应需要解决的技术问题，除对密封的材料、形状有所考虑外， 气缸的驱动方式及如何吸收冲击惯量进行缓冲等问题非常重耍。关于气缸缓冲机构装置， 外部缓冲回路的构成等研究， 国外各企业十分重视， 这方面的专利也颇多。
3、小型化
3.1 针笔型气缸。CJ1、CJP 系列针笔型气缸的缸径小至D215 ～D 15mm， 可以用于小型和微型机械设备的场合。
3.2薄型气缸。CU 系列、CQ2 系列、MU 系列气缸属节省安装空间型气缸， 其中CU 系列气缸可以多方位安装固定， CQ2 系列是轴向超薄型气缸， 这种缸适用于短行程大推力的场合。MU 系列是径向超薄型气缸，它采用椭圆活塞， 在同样推力的情况一下， 其厚度只是普通气缸的一半。
4、复合化
气缸的另一个发展趋势就是复合化， 为了方便用户， 缩短用户进行机械设计的时间， 各公司研制出复合化概念的气缸组件。例如SMC 公司的MRQ 系列直线、摇动复合缸， 具有两个运动自由度， 再配上两个灵活的气爪， 构成了颇有用途的机械手。NOK 公司的FPT 系列的平台承重式气缸将导轨、平台、气缸一体化， 该气缸平台直接承重达780kg， 可直接用作小型压力机下的移动底座。NSC 公司推出的带吸盘的一体化气缸， 与众不同的是： 1） 与真空发生器一体； 2） 吸盘接触到工件后， 吸着并自动复归， 无需真空压力继电开关； 3）气缸的推力不作用在工件上。另外还有其它公司开发的类似于机床卡盘的气动复合执行元件等， 这些具有复合功能的气缸， 大大地方便了用户的选择与使用。可以说， 市场的需求， 技术的竞争把气缸的发展带入到一个多样化的新时代。
5、高寿命、高可靠性和自诊断功能
5000万次寿命的气阀和3000km的气缸已商品化，但在纺织机械上有一种高频阀寿命要求1亿次以上，最好达2亿次。这个要求，现有的弹性密封阀很难达到，这使间隙密封元件重新获得重视。美国纽曼帝克（Numatics）公司有一种气阀，采用间隙密封，通气后阀芯在阀体内呈悬浮状态，形成无摩擦运动，还有自防尘功能，阀的寿命可超过2亿次，这虽然是个老产品，还是值得借鉴。 气动元件大多用于自动生产线上，元件的故障往往会影响全线的运行，生产线的突然停止，造成的损失严重，为此，对气动元件的工作可靠性提出了高要求。江苏某化纤公司要求供应的气动元件在设定寿命内绝对可靠，到期不管能否继续使用，全部更换。这里又提出了各类元件寿命的平衡问题，即所谓等寿命设计。有时为了保证工作可靠，不得不牺牲寿命指标，因此，气动系统的自诊断功能提到了议事日程上，附加预测寿命等自诊断功能的元件和系统正在开发之中。
三、气动机器人和气动机械手
气动机器人和机械手在技术上已经获得了很大的发展并迈入了一个新阶段， 在工业自动化系统中得到了广泛的应用。下面简要介绍一些实例。
1、气动攀墙机器人
由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人能在两个相互垂直的表面行走（ 包括从地面到墙面， 或从墙面到屋顶天花板上） 。该机器人轴心的圆周边上装備着几排等距离（根据步距设置） 的吸盘和气缸。一组吸盘的吸力与另一组吸盘的吸力交替变换， 类似脚踏式的运动方式， 使机器人产生旋转步进运动。这种攀墙式的机器被用作工具搬运， 或执行多种操作。如在核能发电站、高层建筑物或船舶上进行清扫、检验和安装工作。机器人用遥控方式进行半自动操作， 操作者只需输入所需运行的目标距离， 然后计算机便能自动计算出必要的单步运行。操作者可对机器人进行监控。攀墙机器人告诉人们， 利用气动技术中的真空吸盘， 能使机器人轻易解决垂直攀缘等被视为危险的工作。
2、机器人/ 机械手用气爪
SMC 的气爪产品有10 个系列， 其中两爪型中有平开式和支点开闭式， 驱动方式有直线式和旋转式， 根据用户不同要求， 设计出各有特色的产品。MHQG2 系列气爪具有高刚性， MHQJ2 系列为防尘、防水， MHQ2-6 系列属超薄型， 厚度仅有10mm。MHL2系列内有双活塞， 分开尺寸宽， 夹紧力强。MHR系列是旋转驱动方式， 具有高精度（重复精度±0.01m对中精度±0.05mm） ， MHR3为三爪结构。另外， 为了适应FMS 装配线的需要，SMC又开发出6 种连接规格的MA210和MA310气爪自动换接单元， 它具有气路、电路接点功能， 构成AHC 组件（ Auto Hand Chang ing System） ， 在使用时， 可根据工件对象的不同， 自动更换相适应的气爪。这种机构在机器人上的应用颇有前景。
四、结束语：
我国的气动产业固然达到了一定规模与技术水平，但是与国际提高前辈水平比拟，差距甚大。为了适应工业自动化领域的需求，多年来不断创新，在高精度、小型化、复合化、集成化等方面取得了长足的进步，推出了许多新元件，给工程师提供了更大更好的应用空间，这也使得它在工业自动化领域的应用不断扩大，在许多场合替代了过去的机械控制、液压控制及电器控制形式。可以预料，气动技术将得到更大的发展并在工业自动化系统中得到更广泛的应用。
参考文献：
[1]肖珑.液压与气动传动技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007