文 献 综 述
- 引言
气动控制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的技术[1]。人们利用空气的能量完成各种工作的历史可以追溯很远，但是到20世纪中期气动技术才开始应用于机械化和自动化，进入20世纪70年代，随着工业机械化和自动化技术的发展，气动技术越来越广泛地应用于各个领域[2]。如汽车制造业、气动机器人、医用研磨机、电子焊接自动化、家用充气筒、喷漆气泵等。气动技术相比液压传动动作更迅速、工作介质易获取、管道中压力损失小以及结构简单等优点，但输出推力较小[1,3]。
气动搬运在生产过程中采用机电结合来模拟人手动作的机械设备，它可以代替人手搬运笨重物体或在高温、有毒、高粉尘及易燃易爆等恶劣的环境下工作[4]。
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气动输送系统研究现状
- 气动机械手搬运原理
气爪（手指气缸）是一种常见的气动执行元件，它是气动机械手的关键部件[5]，可以执行各种抓取动作，气缸两侧通常还有检测开关，用于控制系统反馈，图1所示为一个码垛机械臂与机械手，工业上常用机械手完成这些单一重复的工作。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂[6]。但是具体应用中需要控制的自由度数量不同，但不管有控制几个自由度，每个自由度都需要由相应气动元件的动作来实现。而为了实现抓取工作，气动回路需要电气回路来控制，气缸动作则由电磁阀控制，可以用门电路控制各个电磁阀，最常用的还是用PLC或者单片机控制[7]。
图1. 一种常见气动搬运机械手
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- 控制器硬件
工业上的搬运机械，多为由PLC控制的气动搬运机械手，通过对气缸的动作控制实现机械手的搬运动作[8]。PLC控制可靠性高，抗干扰能力强；PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程，很适合多品种、小批量的生产场合[9]。
在实验室中，除了采用PLC来控制，还可以采用单片机作为控制器，与PLC控制器相比，单片机接口的输入、输出，和接口功能都更加灵活，设计也更具难度，优点是单片机成本低廉，控制器体积小，还能与上位机连接在线编程[10]。
单片机与PLC的区别还是很大的，首先单片机的所有程序都是用户编写，而PLC只需要控制开关量，且程序用程序功能图来描述[11]。从组成上来说，PLC是以微处理器为基础，应用于控制开关量为主的逻辑控制、机电运动与过程，而单片机只是一个微控制器，其他控制元件需要用户选择并连接。在指令执行读取， PLC是周期扫描式从第一条指令按照顺序依次读取全部开关量的输入，根据前后两个扫描周期同意输入点状态的变化判断是否有上升沿出现，这种方法会使扫描周期变得很长，容易导致监控定时超时错误[12];而单片机是用跳转指令等待某个信号上升沿的出现。
