机械手伸缩运动伺服系统

一般机械手应包括四个伺服系统，分别控制机械手的伸缩、回转、升降和手腕的动作。由于每一个液压伺服系统的原理均相同，现仅以某一机械手伸缩伺服系统为例，介绍它的工作原理。图5－21是机械手手臂伸缩电液伺服系统的原理图。

它主要由电液伺服阀1、液压缸2、活塞杆带动的机械手手臂3、齿轮齿条机构4、电位器5、步进电动机6和放大器7等元件组成。它是电液位置伺服系统。当电位器的触头处在中位时，触头上没有电压输出。当它偏离这个位置时，就会输出相应的电压。电位器触头产生的微弱电压，须经放大器放大后才能对电液伺服阀进行控制。电位器触头由步进电动机带动旋转，步进电动机的角位移和角速度由数字控制装置发出的脉冲数和脉冲频率控制。齿条固定在机械手手臂上，电位器固定在齿轮上，所以当手臂带动齿轮转动时，电位器同齿轮一起转动，形成负反馈。

图5－21 机械手伸缩运动伺服系统原理图

1—电液伺服阀；2—液压缸；3—机械手手臂；4—齿轮齿条机构；5—电位器；6—步进电动机；7—放大器

机械手伸缩系统的工作原理如下：

由数字控制装置发出一定数量的脉冲，使步进电动机带动电位器5的动触头转过一定的角度θi（假定为顺时针转动），动触头偏离电位器中位，产生微弱电压u1，经放大器7放大成u2后，输入给电液伺服阀1的控制线圈，使伺服阀产生一定的开口量。这时压力油以流量Q经阀的开口进入液压缸的左腔，推动活塞连同机械手手臂一起向右移动，行程为xv，液压缸右腔的回油经伺服阀流回油箱。由于电位器的齿轮和机械手手臂上齿条相啮合，手臂向右移动时，电位器跟着做顺时针方向转动。当电位器的中位和触头重合时，偏差为零，则动触头输出电压为零，电液伺服阀失去信号，阀口关闭，手臂停止移动。手臂移动的行程决定于脉冲数量，速度决定于脉冲频率。当数字控制装置发出反向脉冲时，步进电动机逆时针方向转动，手臂缩回。

步进电动机产生的转角θi经电位器按比例Ke转换成电压信号u1，u1经功率放大器放大，按比例Ka产生差动电流Δi，输出给电液伺服阀。

因为伺服阀的频宽较大，其动态可忽略，看成一比例环节，伺服阀增益为Ks。

机械手手臂系统主要是惯性负载，油缸活塞的位移为：

齿轮齿条反馈是比例环节，

由以上各环节的组合可以画出手臂系统的方框图，如图5－22所示。并可求出系统的开环传递函数为：

式中 Kv——开环放大系数，Kv＝KeKaKsKf／A。

系统稳定的条件为：

Kv＜2ωhεh

可见此系统与机液位置伺服系统形式相同，因此分析方法也与前面所述相同。

图5－22 手臂伸缩系统方框图