染液自动配液拱架机器人机械结构论文

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1染液自动配液系统主体结构设计

按照移液管夹持手的工作流程，要求夹持手到达母液瓶位置下降，下夹持手夹持住母液瓶里的吸管，上夹持手夹持住活塞吸取一定的母液，然后带动吸管整体上移到脱离母液瓶，移动到计量区，夹持手推动吸管活塞将母液按配方剂量注入到染料瓶里，然后回到母液区，将吸管放回到的原来的位置。手爪通常是由手指、传动机构和驱动机构组成，其结构要根据作业对象的大小形状和位姿等几何条件以及重量、硬度、表面质量等物理条件来综合考虑,同时还要考虑手爪与被抓物体接触后产生的约束和自由度等问题。设计摆动式夹持器，夹持手左右手爪为对称结构，由两个气缸驱动带动连杆机构将移液管夹持住。将活塞连杆手爪和移液管外壳手爪设计为一体，当气缸动作时两个手爪同时动作，方便快捷。在工作的时候手指只有两个工作位置，采用气压驱动能够快速达到工作位置，节约时间。夹持手结构简图如图4所示。图5为夹持手实物照片。

2柔性同步带驱动定位动态分析

在该系统中，电机的运动通过同步带传输到移动装置。在啮合齿之间必须有足够的间隙，以确保运动的流畅，没有干涉，但这种间隙的存在导致滞后现象的产生和噪音。当运动方向改变时，在外部激励支配下动力传输齿产生脱离和微小滑移。这一现象的结果是带慢慢滑移直到下一对齿进入啮合。mxfxFFfc21sgn()(1)fc代表移动载荷的库仑摩擦力，在同步带与带轮齿啮合中有弹性变形，因此在同步带上产生附加的张紧力差值Δf，其大小与指同步带和带轮齿之间的齿侧隙及齿的刚度等有关。在同步带两侧的张紧力变为：2211FFFFFF(2)这里F0是作用在带上的载荷或预紧力。在带上的附加力（12F与F）全是非负量。预紧力大小决定带的承载能力。带的张力之间的关系满足柔韧体欧拉公式[5]：()1212ueFFFFFF(3)式中，α为带轮的包角，由于同步带传动比i=1，所以α=π；（u）为动态摩擦系数，其依赖带轮和带之间的相对圆周速度，u为相对滑动速度。因为带的总体长度不应有变化，则根据变形协调条件，带紧边长度的变化量与松边长度变化量应该相等。AEFLxAEF(LLx)()2010Δ+=Δ(4)式中，A为带截面面积，E为带弹性模量。将式(2)～式(4)联立解出：()(1)()000012LxLLxFLLxLxFF++++Δ+Δ=γγ(5)()(1)sgn()0021LxLLxFLmxfxFFfc(6)动态系统可以用式（6）进行描述。上述同步带驱动装置的运动动态模型，可用于运动控制系统的设计。

3试验测量装置

柔性同步带定位系统的运动误差特性，弹性变形的影响和间隙的影响，对于弹性变形所引起的误差，文献[6]采用两个编码器分别测量主动轮和从动轮转速。为精确控制移动负载的加速或减速，本试验装置采用线性坐标测量装置（CMM），结合高分辨率刻线尺搭建模型来验证模型预期的性能。在系统中使用了常规的控制器PC104PMAC卡，为确定传动系统引起的位置误差，采用位置测量的基本旋转编码器（PE）以和高分辨率刻线尺（LS）的测量结果进行对比。控制电机速度按照梯形路径输入，叠加获得定位误差图形（ΔX=XLS-XPE）。ΔX包含与支承元件（如抗摩轴承、轴承轴）等相关的几何和运动误差，如前所述定位误差具有延时滞后的特点，具有相当的重复性，在文献[7]中也介绍了这个特性。

4结束语

由于染液自动配液系统工作区域较大，工作头的运动为点对点形式，对精度和效率的要求高，要求小的冲击或残余振动，故采用拱架机器人作为主体结构，为补偿同步带定位误差，建立定位系统的物理模型，并搭建试验装置测量定位误差，为更好的设计控制系统提供依据。

作者：赵镇宏 蒋秀明 单位：天津工业大学 机械工程学院