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測試背景

在現(xiàn)代制造行業(yè)中，先進(jìn)的制造技術(shù)不斷的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工方法和操作方式?，F(xiàn)代工業(yè)的高技術(shù)要求，更促進(jìn)了機(jī)器人的發(fā)展：例如，實(shí)行無人化的工作車間，自動(dòng)生產(chǎn)線等。

機(jī)械手(臂)是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高科技技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有可不斷重復(fù)工作、能在條件比較惡劣的環(huán)境下工作、載重量大、定位精確等特點(diǎn)。因此，機(jī)械手受到了許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。

測試對(duì)象

機(jī)械手（machine hand），是指能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

目前機(jī)械手根據(jù)不同的要求可進(jìn)行不同的分類：

1.按驅(qū)動(dòng)方式分類

1) 液壓式

液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂通常由液動(dòng)機(jī)（各種油缸、油馬達(dá)）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。通常它具有很大的抓舉能力（高達(dá)幾百公斤以上），其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動(dòng)，防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。

2) 氣動(dòng)式

其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便，動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、維修方便。但難以進(jìn)行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。

3) 電動(dòng)式

電力驅(qū)動(dòng)是目前機(jī)械臂使用得最多的一種驅(qū)動(dòng)方式。其特點(diǎn)是電源方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力較大，信號(hào)檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)以及交流伺服電機(jī)（其中交流伺服電機(jī)為目前主要的驅(qū)動(dòng)形式）。

2.按用途分類

1) 搬運(yùn)機(jī)械臂

　這種機(jī)械臂用途很廣，一般只需點(diǎn)位控制。即被搬運(yùn)零件無嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)軌跡要求，只要求始點(diǎn)和終點(diǎn)位姿準(zhǔn)確。如機(jī)床上用的上下料器人，工件堆垛機(jī)械臂，注塑機(jī)配套用的機(jī)械等。

2) 噴涂機(jī)械臂

　這種機(jī)械臂多用于噴漆生產(chǎn)線上，重復(fù)位姿精度要求不高。但由于漆霧易燃，一般采用液壓驅(qū)動(dòng)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4) 裝配機(jī)械人

   這種機(jī)械臂要有較高的位姿精度，手腕具有較大的柔性。目前大多用于機(jī)電產(chǎn)品的裝配作業(yè)。

5) 專門用途的機(jī)械臂

   如醫(yī)用護(hù)理機(jī)械臂、航天用機(jī)械臂、探海用機(jī)械臂以及排險(xiǎn)作業(yè)機(jī)械臂等。

3.自由度數(shù)量分類

操作機(jī)本身的軸數(shù)（自由度數(shù)）最能反應(yīng)機(jī)械臂的工作能力，也是分類的重要依據(jù)。按這一分類要求，機(jī)械臂可分為4軸（自由度）、5軸（自由度）、6軸（自由度）等機(jī)械臂。

我們大家平時(shí)在看到的工業(yè)機(jī)器人大部分都是串聯(lián)機(jī)器人。串聯(lián)機(jī)器人，一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)。通俗的講，它的各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)是是像糖葫蘆一樣，串在一起的，所以叫做串聯(lián)機(jī)器人。如圖1所示：

圖1

并聯(lián)機(jī)器人的各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)像板凳或是照相機(jī)三腳架的幾個(gè)腿一樣，是一種并排的結(jié)構(gòu)（即一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)不影響另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)），所以叫做并聯(lián)機(jī)器人。并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。如圖2和圖3所示：

圖2

圖3

并聯(lián)機(jī)器人具有速度高、剛性強(qiáng)、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、自身負(fù)荷小、可靠性高、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在人力成本日益增加的時(shí)代，廣泛應(yīng)用于食品，制藥，包裝以及電子行等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，例如餅干的抓取與碼放，酸奶的抓取與包裝，點(diǎn)心的抓取與分揀，輸液袋的抓取與碼放，電腦鍵盤裝配等等。

l         系統(tǒng)描述

并聯(lián)六自由度機(jī)械手測控系統(tǒng)是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司和北京某大學(xué)機(jī)器人科研實(shí)驗(yàn)室合作提供的技術(shù)解決方案，硬件方面通過EM9000系列多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備(EM9636BD)負(fù)責(zé)完成機(jī)械手6個(gè)自由度（X移動(dòng)、Y移動(dòng)、Z移動(dòng)、X轉(zhuǎn)動(dòng)、Y轉(zhuǎn)動(dòng)、Z轉(zhuǎn)動(dòng)）的數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動(dòng)力控制。

現(xiàn)場被測機(jī)械手以液壓為驅(qū)動(dòng)方式，液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小，以及手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。機(jī)械手做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。

如圖4、圖5所示,此為現(xiàn)場做測試的并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)：

圖4(并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái))

圖5(油缸油液壓力傳感器)

l         系統(tǒng)特點(diǎn)

并聯(lián)六自由度機(jī)械手測控系統(tǒng)采用了當(dāng)今先進(jìn)的、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化測試技術(shù)和產(chǎn)品。硬件應(yīng)用以太網(wǎng)總線平臺(tái)產(chǎn)品，集成了系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集功能，方便今后的維護(hù)與擴(kuò)展；工業(yè)現(xiàn)場成熟的PLC系統(tǒng)，采用流行測試軟件開發(fā)。由于有了優(yōu)良的軟、硬件組合，該系統(tǒng)具有可靠性高、性能價(jià)格比高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

?采用質(zhì)量優(yōu)秀的進(jìn)口液壓傳動(dòng)系統(tǒng)（油泵、液動(dòng)機(jī)、控制調(diào)節(jié)裝置），保證了各個(gè)工位的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)位置的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

?支持自定義編輯各油缸（單拍）行程參數(shù)（添加、刪除、修改、保存、調(diào)用），并形成程序段。能夠?qū)崿F(xiàn)單拍或連續(xù)的軌跡控制，實(shí)現(xiàn)了測試的全自動(dòng)化，提高效率。

?采用6路模擬量輸出信號(hào)(DA)和1路同步控制信號(hào)(DO)控制6個(gè)缸的油液壓力,進(jìn)而控制各個(gè)自由度的運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)命令的同步下發(fā)，確保了各方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)動(dòng)作。

?采用高速AD在每運(yùn)行完一個(gè)節(jié)拍動(dòng)作后采集傳感器信號(hào),并與設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，自動(dòng)執(zhí)行誤差判定與后續(xù)運(yùn)行執(zhí)行。

?可記錄傳感器信息，軟件修正傳感器采集數(shù)據(jù)。

l         系統(tǒng)指標(biāo)

1. 全部輸入/輸出信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)通道間隔離；

2. DAQ設(shè)備工作溫度：0~55℃(可定制寬溫）;

3. 采集分辨率：16位;

4、最高(同步)采集頻率：40KHz;

5. 測量參數(shù)：電壓信號(hào)、電流(4~20mA)信號(hào)；

6. 運(yùn)動(dòng)節(jié)拍步進(jìn)時(shí)間誤差<=1ms;

7. 各油缸行程位置精確到10um(量程范圍：0~400mm);

操作臺(tái)軟件界面

液壓平臺(tái)-緊湊式六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過六個(gè)驅(qū)動(dòng)缸的協(xié)調(diào)伸縮來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在空間六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，即平臺(tái)沿x、 y 、 z 向的平移和繞 x 、 y 、 z 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（共6個(gè)自由度），以及這些自由度的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可用于機(jī)器人、飛行模擬器、車輛駕駛模擬器、新型加工機(jī)床及衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行器、娛樂業(yè)的運(yùn)動(dòng)模擬（動(dòng)感電影搖擺臺(tái)）、多自由度振動(dòng)搖擺臺(tái)的精確運(yùn)動(dòng)仿真。