定位系統(tǒng)機(jī)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

為滿足系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，選擇3軸XX'YZ型拱架機(jī)器人結(jié)構(gòu)，

1.1XY直線運(yùn)動平臺驅(qū)動方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于XY平臺要求大行程、高速、精確、平穩(wěn)定位，因此自動配液機(jī)的x軸及y軸采用同步帶柔性驅(qū)動，如圖3所示。同步帶柔性驅(qū)動方式相對于剛性傳動定位系統(tǒng)，具有傳動平穩(wěn)、沖擊小、無需潤滑、噪聲小、傳動距離遠(yuǎn)、成本低等優(yōu)點，主要用于對加速度和速度要求較高的應(yīng)用場合。雖然同步帶的彈性可減少沖擊，但同時也帶來定位誤差和振動問題，如何有效抑制系統(tǒng)定位誤差，充分發(fā)揮柔性驅(qū)動直線定位技術(shù)的優(yōu)勢，成為本文需要解決的主要問題之一。一般同步帶按照中心距大小和帶輪尺寸設(shè)計選擇同步帶基準(zhǔn)長度，然后將環(huán)形同步帶安裝在兩個帶輪上。在此設(shè)計中為保持同步帶張緊力和便于在支撐軌道型材安裝，同步帶有接頭而兩端用壓板同滑塊連接，以便于安裝和調(diào)節(jié)。同步帶在位于型材兩端托架上的兩個同步帶輪之間進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。一個帶輪安裝在電機(jī)上，另一個則安裝在張緊裝置上。同步帶帶動滑塊在導(dǎo)軌上移動，滑塊支撐在滾珠導(dǎo)軌上，同步帶縱向穿過支撐導(dǎo)軌的異型鋁合金型材。

1.2運(yùn)動平臺導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

低速運(yùn)動平穩(wěn)就是當(dāng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動或微量進(jìn)給時，應(yīng)保證運(yùn)動始終平穩(wěn)不出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象。數(shù)控工作臺的位移量是以脈沖當(dāng)量作為它的最小單位，它常以極低的速度運(yùn)動，這是要求工作臺對數(shù)控裝置發(fā)出的指令要做出準(zhǔn)確響應(yīng)，這與運(yùn)動件之間的摩擦特性有直接的關(guān)系。滾動導(dǎo)軌的靜摩擦力較小，而且還由于潤滑油的作用，使它們的摩擦力隨運(yùn)動速度的提高而增大，這就有效地避免了低速爬行現(xiàn)象，從而提高工作臺的運(yùn)動平穩(wěn)性和定位精度。但滾動導(dǎo)軌抗振性較差、對防護(hù)要求較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造比較困難、成本較高。

1.3工作頭夾持手結(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(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(jī)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)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(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)計為一體，當(dāng)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(dá)到工作位置，節(jié)約時間。

2柔性同步帶驅(qū)動定位動態(tài)分析

在該系統(tǒng)中，電機(jī)的運(yùn)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(yùn)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(dāng)運(yùn)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(jìn)入嚙合。

3試驗測量裝置

柔性同步帶定位系統(tǒng)的運(yùn)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，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(fù)載的加速或減速，本試驗裝置采用線性坐標(biāo)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(jìn)行對比?？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)動誤差，如前所述定位誤差具有延時滯后的特點，具有相當(dāng)?shù)闹貜?fù)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(yùn)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(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(jī)械工程學(xué)院