測試背景

在現(xiàn)代制造行業(yè)中，*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，更促進了機器人的發(fā)展：例如，實行無人化的工作車間，自動生產(chǎn)線等。

機械手(臂)是在機械化、自動化生產(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)特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(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)。它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有可不斷重復工作、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。因此，機械手受到了許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。

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

目前機械手根據(jù)不同的要求可進行不同的分類：

1.按驅(qū)動方式分類

1) 液壓式

液壓驅(qū)動機械臂通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅(qū)動系統(tǒng)，由驅(qū)動機械臂的執(zhí)行機構(gòu)進行工作。通常它具有很大的抓舉能力（高達幾百公斤以上），其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，動作平穩(wěn)，耐沖擊，耐振動，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) 氣動式

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

3) 電動式

電力驅(qū)動是目前機械臂使用得最多的一種驅(qū)動方式。其特點是電源方便，響應快，驅(qū)動力較大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方案。驅(qū)動電機一般采用步進電機，直流伺服電機以及交流伺服電機（其中交流伺服電機為目前主要的驅(qū)動形式）。

2.按用途分類

1) 搬運機械臂

　 這種機械臂用途很廣，一般只需點位控制。即被搬運零件無嚴格的運動軌跡要求，只要求始點和終點位姿準確。如機床上用的上下料器人，工件堆垛機械臂，注塑機配套用的機械等。

2) 噴涂機械臂

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

4) 裝配機械人

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

5) 專門用途的機械臂

如科研護理機械臂、航天用機械臂、探海用機械臂以及排險作業(yè)機械臂等。

3.自由度數(shù)量分類

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

我們大家平時在看到的工業(yè)機器人大部分都是串聯(lián)機器人。串聯(lián)機器人，一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點。通俗的講，它的各個運動關(guān)節(jié)是是像糖葫蘆一樣，串在一起的，所以叫做串聯(lián)機器人。如圖1所示：

圖1

并聯(lián)機器人的各個運動關(guān)節(jié)像板凳或是照相機三腳架的幾個腿一樣，是一種并排的結(jié)構(gòu)（即一個軸運動不影響另一個軸的坐標原點），所以叫做并聯(lián)機器人。并聯(lián)機構(gòu)可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，機構(gòu)具有兩個或兩個以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動的一種閉環(huán)機構(gòu)。如圖2和圖3所示：

圖2

圖3

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

系統(tǒng)描述

并聯(lián)六自由度機械手測控系統(tǒng)是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司和北京某大學機器人科研實驗室合作提供的技術(shù)解決方案，硬件方面通過EM9000系列多功能數(shù)據(jù)采集設備(EM9636BD)負責完成機械手6個自由度（X移動、Y移動、Z移動、X轉(zhuǎn)動、Y轉(zhuǎn)動、Z轉(zhuǎn)動）的數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動力控制。

現(xiàn)場被測機械手以液壓為驅(qū)動方式，液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機帶動油泵輸出壓力油，是將電動機供給的機械能轉(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)裝置等進入油缸，推動活塞桿運動，從而使手臂作伸縮、升降等運動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機械能。機械手在運動時所能克服的摩擦阻力大小，以及手部夾緊工件時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)。機械手做各種運動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)六自由度運動平臺：

圖4(并聯(lián)六自由度運動平臺)

圖5(油缸油液壓力傳感器)

系統(tǒng)特點

并聯(lián)六自由度機械手測控系統(tǒng)采用了當今*的、模塊化、標準化測試技術(shù)和產(chǎn)品。硬件應用以太網(wǎng)總線平臺產(chǎn)品，集成了系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集功能，方便今后的維護與擴展；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、性能價格比高、實用性強、操作簡單、維護方便等特點。

☛采用質(zhì)量優(yōu)秀的進口液壓傳動系統(tǒng)（油泵、液動機、控制調(diào)節(jié)裝置），保證了各個工位的機械手運動位置的穩(wěn)定和準確。

☛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，實現(xiàn)了測試的全自動化，提高效率。

☛采用6路模擬量輸出信號(DA)和1路同步控制信號(DO)控制6個缸的油液壓力,進而控制各個自由度的運行。實現(xiàn)命令的同步下發(fā)，確保了各方向運動的同時動作。

☛采用高速AD在每運行完一個節(jié)拍動作后采集傳感器信號,并與設置數(shù)據(jù)進行比較，自動執(zhí)行誤差判定與后續(xù)運行執(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

1. 全部輸入/輸出信號通道實現(xiàn)通道間隔離；

2. DAQ設備工作溫度：0~55℃(可定制寬溫）;

3. 采集分辨率：16位;

4、(同步)采集頻率：40KHz;

5. 測量參數(shù)：電壓信號、電流(4~20mA)信號；

6. 運動節(jié)拍步進時間誤差<=1ms;

7. 各油缸行程位置精確到10um(量程范圍：0~400mm);

操作臺軟件界面

液壓平臺-緊湊式六自由度運動平臺