染液自動(dòng)配液拱架機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)論文

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1染液自動(dòng)配液系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照移液管夾持手的工作流程，要求夾持手到達(dá)母液瓶位置下降，下夾持手夾持住母液瓶里的吸管，上夾持手夾持住活塞吸取一定的母液，然后帶動(dòng)吸管整體上移到脫離母液瓶，移動(dòng)到計(jì)量區(qū)，夾持手推動(dòng)吸管活塞將母液按配方劑量注入到染料瓶里，然后回到母液區(qū)，將吸管放回到的原來的位置。手爪通常是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)要根據(jù)作業(yè)對(duì)象的大小形狀和位姿等幾何條件以及重量、硬度、表面質(zhì)量等物理?xiàng)l件來綜合考慮,同時(shí)還要考慮手爪與被抓物體接觸后產(chǎn)生的約束和自由度等問題。設(shè)計(jì)擺動(dòng)式夾持器，夾持手左右手爪為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)將移液管夾持住。將活塞連桿手爪和移液管外殼手爪設(shè)計(jì)為一體，當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)兩個(gè)手爪同時(shí)動(dòng)作，方便快捷。在工作的時(shí)候手指只有兩個(gè)工作位置，采用氣壓驅(qū)動(dòng)能夠快速達(dá)到工作位置，節(jié)約時(shí)間。夾持手結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。圖5為夾持手實(shí)物照片。

2柔性同步帶驅(qū)動(dòng)定位動(dòng)態(tài)分析

在該系統(tǒng)中，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過同步帶傳輸?shù)揭苿?dòng)裝置。在嚙合齒之間必須有足夠的間隙，以確保運(yùn)動(dòng)的流暢，沒有干涉，但這種間隙的存在導(dǎo)致滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生和噪音。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，在外部激勵(lì)支配下動(dòng)力傳輸齒產(chǎn)生脫離和微小滑移。這一現(xiàn)象的結(jié)果是帶慢慢滑移直到下一對(duì)齒進(jìn)入嚙合。mxfxFFfc21sgn()(1)fc代表移動(dòng)載荷的庫侖摩擦力，在同步帶與帶輪齒嚙合中有彈性變形，因此在同步帶上產(chǎn)生附加的張緊力差值Δf，其大小與指同步帶和帶輪齒之間的齒側(cè)隙及齒的剛度等有關(guān)。在同步帶兩側(cè)的張緊力變?yōu)椋?211FFFFFF(2)這里F0是作用在帶上的載荷或預(yù)緊力。在帶上的附加力（12F與F）全是非負(fù)量。預(yù)緊力大小決定帶的承載能力。帶的張力之間的關(guān)系滿足柔韌體歐拉公式[5]：()1212ueFFFFFF(3)式中，α為帶輪的包角，由于同步帶傳動(dòng)比i=1，所以α=π；（u）為動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)，其依賴帶輪和帶之間的相對(duì)圓周速度，u為相對(duì)滑動(dòng)速度。因?yàn)閹У目傮w長度不應(yīng)有變化，則根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，帶緊邊長度的變化量與松邊長度變化量應(yīng)該相等。AEFLxAEF(LLx)()2010Δ+=Δ(4)式中，A為帶截面面積，E為帶彈性模量。將式(2)～式(4)聯(lián)立解出：()(1)()000012LxLLxFLLxLxFF++++Δ+Δ=γγ(5)()(1)sgn()0021LxLLxFLmxfxFFfc(6)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)可以用式（6）進(jìn)行描述。上述同步帶驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)模型，可用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3試驗(yàn)測(cè)量裝置

柔性同步帶定位系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)誤差特性，彈性變形的影響和間隙的影響，對(duì)于彈性變形所引起的誤差，文獻(xiàn)[6]采用兩個(gè)編碼器分別測(cè)量主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速。為精確控制移動(dòng)負(fù)載的加速或減速，本試驗(yàn)裝置采用線性坐標(biāo)測(cè)量裝置（CMM），結(jié)合高分辨率刻線尺搭建模型來驗(yàn)證模型預(yù)期的性能。在系統(tǒng)中使用了常規(guī)的控制器PC104PMAC卡，為確定傳動(dòng)系統(tǒng)引起的位置誤差，采用位置測(cè)量的基本旋轉(zhuǎn)編碼器（PE）以和高分辨率刻線尺（LS）的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比?？刂齐姍C(jī)速度按照梯形路徑輸入，疊加獲得定位誤差圖形（ΔX=XLS-XPE）。ΔX包含與支承元件（如抗摩軸承、軸承軸）等相關(guān)的幾何和運(yùn)動(dòng)誤差，如前所述定位誤差具有延時(shí)滯后的特點(diǎn)，具有相當(dāng)?shù)闹貜?fù)性，在文獻(xiàn)[7]中也介紹了這個(gè)特性。

4結(jié)束語

由于染液自動(dòng)配液系統(tǒng)工作區(qū)域較大，工作頭的運(yùn)動(dòng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式，對(duì)精度和效率的要求高，要求小的沖擊或殘余振動(dòng)，故采用拱架機(jī)器人作為主體結(jié)構(gòu)，為補(bǔ)償同步帶定位誤差，建立定位系統(tǒng)的物理模型，并搭建試驗(yàn)裝置測(cè)量定位誤差，為更好的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)提供依據(jù)。

作者：趙鎮(zhèn)宏 蔣秀明 單位：天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院