定位系統機械結構論文

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1染液自動配液系統主體結構設計

為滿足系統的剛度和穩定性，選擇3軸XX'YZ型拱架機器人結構，

1.1XY直線運動平臺驅動方式和結構設計

由于XY平臺要求大行程、高速、精確、平穩定位，因此自動配液機的x軸及y軸采用同步帶柔性驅動，如圖3所示。同步帶柔性驅動方式相對于剛性傳動定位系統，具有傳動平穩、沖擊小、無需潤滑、噪聲小、傳動距離遠、成本低等優點，主要用于對加速度和速度要求較高的應用場合。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，如何有效抑制系統定位誤差，充分發揮柔性驅動直線定位技術的優勢，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計選擇同步帶基準長度，然后將環形同步帶安裝在兩個帶輪上。在此設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，以便于安裝和調節。同步帶在位于型材兩端托架上的兩個同步帶輪之間進行運轉。一個帶輪安裝在電機上，另一個則安裝在張緊裝置上。同步帶帶動滑塊在導軌上移動，滑塊支撐在滾珠導軌上，同步帶縱向穿過支撐導軌的異型鋁合金型材。

1.2運動平臺導向結構

低速運動平穩就是當導軌作低速運動或微量進給時，應保證運動始終平穩不出現“爬行”現象。數控工作臺的位移量是以脈沖當量作為它的最小單位，它常以極低的速度運動，這是要求工作臺對數控裝置發出的指令要做出準確響應，這與運動件之間的摩擦特性有直接的關系。滾動導軌的靜摩擦力較小，而且還由于潤滑油的作用，使它們的摩擦力隨運動速度的提高而增大，這就有效地避免了低速爬行現象，從而提高工作臺的運動平穩性和定位精度。但滾動導軌抗振性較差、對防護要求較高、結構復雜、制造比較困難、成本較高。

1.3工作頭夾持手結構設計

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，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，將吸管放回到的原來的位置。手爪通常是由手指、傳動機構和驅動機構組成，其結構要根據作業對象的大小形狀和位姿等幾何條件以及重量、硬度、表面質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生的約束和自由度等問題。設計擺動式夾持器，夾持手左右手爪為對稱結構，由兩個氣缸驅動帶動連桿機構將移液管夾持住。將活塞連桿手爪和移液管外殼手爪設計為一體，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，采用氣壓驅動能夠快速達到工作位置，節約時間。

2柔性同步帶驅動定位動態分析

在該系統中，電機的運動通過同步帶傳輸到移動裝置。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致滯后現象的產生和噪音。當運動方向改變時，在外部激勵支配下動力傳輸齒產生脫離和微小滑移。這一現象的結果是帶慢慢滑移直到下一對齒進入嚙合。

3試驗測量裝置

柔性同步帶定位系統的運動誤差特性，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，采用兩個編碼器分別測量主動輪和從動輪轉速。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），結合高分辨率刻線尺搭建模型來驗證模型預期的性能。在系統中使用了常規的控制器PC104PMAC卡，為確定傳動系統引起的位置誤差，采用位置測量的基本旋轉編碼器（PE）以和高分辨率刻線尺（LS）的測量結果進行對比。控制電機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，具有相當的重復性。

4結束語

由于染液自動配液系統工作區域較大，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構，為補償同步帶定位誤差，建立定位系統的物理模型，并搭建試驗裝置測量定位誤差，為更好的設計控制系統提供依據。

作者：趙鎮宏 蔣秀明 單位：天津工業大學機械工程學院