染液自動配液拱架機器人機械結(jié)構(gòu)論文
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1染液自動配液系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
按照移液管夾持手的工作流程，要求夾持手到達母液瓶位置下降，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，然后帶動吸管整體上移到脫離母液瓶，移動到計量區(qū)，夾持手推動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、傳動機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)要根據(jù)作業(yè)對象的大小形狀和位姿等幾何條件以及重量、硬度、表面質(zhì)量等物理條件來綜合考慮,同時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)計擺動式夾持器，夾持手左右手爪為對稱結(jié)構(gòu)，由兩個氣缸驅(qū)動帶動連桿機構(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)計為一體，當氣缸動作時兩個手爪同時動作，方便快捷。在工作的時候手指只有兩個工作位置，采用氣壓驅(qū)動能夠快速達到工作位置，節(jié)約時間。夾持手結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。圖5為夾持手實物照片。
2柔性同步帶驅(qū)動定位動態(tài)分析
在該系統(tǒng)中，電機的運動通過同步帶傳輸?shù)揭苿友b置。在嚙合齒之間必須有足夠的間隙，以確保運動的流暢，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。當運動方向改變時，在外部激勵支配下動力傳輸齒產(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齒進入嚙合。mxfxFFfc21sgn()(1)fc代表移動載荷的庫侖摩擦力，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，由于同步帶傳動比i=1，所以α=π；（u）為動態(tài)摩擦系數(shù)，其依賴帶輪和帶之間的相對圓周速度，u為相對滑動速度。因為帶的總體長度不應(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)動態(tài)系統(tǒng)可以用式（6）進行描述。上述同步帶驅(qū)動裝置的運動動態(tài)模型，可用于運動控制系統(tǒng)的設(shè)計。
3試驗測量裝置
柔性同步帶定位系統(tǒng)的運動誤差特性，彈性變形的影響和間隙的影響，對于彈性變形所引起的誤差，文獻[6]采用兩個編碼器分別測量主動輪和從動輪轉(zhuǎn)速。為精確控制移動負載的加速或減速，本試驗裝置采用線性坐標測量裝置（CMM），結(jié)合高分辨率刻線尺搭建模型來驗證模型預(yù)期的性能。在系統(tǒng)中使用了常規(guī)的控制器PC104PMAC卡，為確定傳動系統(tǒng)引起的位置誤差，采用位置測量的基本旋轉(zhuǎn)編碼器（PE）以和高分辨率刻線尺（LS）的測量結(jié)果進行對比?？刂齐姍C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)的幾何和運動誤差，如前所述定位誤差具有延時滯后的特點，具有相當?shù)闹貜?fù)性，在文獻[7]中也介紹了這個特性。
4結(jié)束語
由于染液自動配液系統(tǒng)工作區(qū)域較大，工作頭的運動為點對點形式，對精度和效率的要求高，要求小的沖擊或殘余振動，故采用拱架機器人作為主體結(jié)構(gòu)，為補償同步帶定位誤差，建立定位系統(tǒng)的物理模型，并搭建試驗裝置測量定位誤差，為更好的設(shè)計控制系統(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) 機械工程學(xué)院