液壓機械手握力的軟抓取控制及伺服驅(qū)動系統(tǒng)介紹

　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)實踐的需要，不僅要求搬運機器人能進行握力不變的剛性抓取，而且能實現(xiàn)握力可控制的軟抓取。在國內(nèi)外各種機械手研制中，“軟抓”是一個令人感興趣的課題。本文介紹我們研制的具有二個自由度（提升和抓取）的液壓機械手。它能對不同重量的物體（小至一個空火柴盒，大至50N的鐵塊）進行軟抓取。該液壓機械手的電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)為極化式雙向比例電磁鐵-伺服轉(zhuǎn)閥-液壓缸系統(tǒng)，具有體積小、輸出力大、靈敏度高、工作可靠、價格低的特點，很適合小型機械手上使用。

　　液壓機械手的結(jié)構(gòu)：

　　圖1為液壓機械手的結(jié)構(gòu)原理簡圖。采用兩套電液伺服系統(tǒng)分別控制機械手的提升和抓取。抓取缸活塞桿位移通過彈簧、滑塊和連桿機構(gòu)控制手爪的夾持力，手爪為平行夾持型，手爪板可以更換，以便抓取不同形狀的物體。

　　液壓機械手握力的軟抓取控制通過裝在手爪板上的滑覺、接近覺、接觸覺傳感器和微處理機來實現(xiàn)。

　　傳感器的研制：

　　為了實現(xiàn)“軟抓取”，必須隨時檢測出機械手與被抓物體間的狀態(tài)。這通過裝在手爪板上的滑覺、接近覺、接觸覺三種傳感器來實現(xiàn)。

　　滑覺傳感器：

　　它是三種傳感器中最關(guān)鍵的檢測元件，用來檢測物體在夾持過程中是否滑移。我們作了壓電式、電磁感應式、棘輪棘爪式和霍爾元件式滑覺傳感器的試驗。其中**種是利用壓電陶瓷間接檢測物體的振動來判斷物體是否發(fā)生滑移后三種是利用檢測磁場變化來判斷物體是否發(fā)生滑移。試驗表明,霍爾元件式**,它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格便宜、可靠性好，并且信號無需任何處理就可直接與微機相聯(lián)。其結(jié)構(gòu)是采用多極扇形磁鋼,利用滾輪摩擦輪轉(zhuǎn)動時磁場變化，借助霍爾開關(guān)元件來檢測滑覺信號。

　　接近覺傳感器：

　　它的作用是當物體接近手爪板時發(fā)出信號。在此高效機械手上采用光電開關(guān)作為接近覺傳感器。當物體接近手爪時,光線被切斷,光電三極管發(fā)出信號。其特點是采用紅外光作為光源,不受自然光的影響，工作可靠。

　　接觸覺傳惑器：

　　它的作用是當手爪板與物體接觸時向微機發(fā)出信號，使夾緊動作停止，物體開始提升，并發(fā)出檢測滑移的指令。該機械手采用干簧管開關(guān)作為接觸覺傳感器，通過調(diào)整裝有小磁鋼的彈簧片的厚薄和彎曲程度，可以獲得很小的導通接觸力（小于0.1N）。實驗表明，干簧管的工作很可靠。

　　電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)：

　　電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服放大器、極化式雙向比例電磁鐵、伺服轉(zhuǎn)閥及液壓缸組成。其作用是將輸入的電信號變換成液壓缸活塞的相應位移。伺服放大器（包括激磁恒流源）是一臺具有電流負反饋的直流放大器。由于采用了電流負反饋,有效地克服了電磁鐵線圈電感和銜鐵運動時產(chǎn)生的反電勢,提高了電磁鐵的動態(tài)特性。

　　極化式雙向比例電磁鐵，它的作用是將電信號轉(zhuǎn)化為位移信號,推動小型伺服轉(zhuǎn)閥。它采用動鐵結(jié)構(gòu),恒定電流激磁,控制線圈采用差動連接方式,具有體積小、響應快（tr=2.7ms，ts=14.7ms）、線性度好（＜1%）、頻寬較高（一3dB為145Hz）的特點。

　　伺服轉(zhuǎn)閥采用本室研制的電液伺服擺動馬達的閥芯和閥套改裝而成。該伺服轉(zhuǎn)閥的閥口開閉用來控制提升液壓缸和抓取液壓缸的運動。液壓缸它是電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。輸出是活塞的位移。此液壓缸采用雙出桿型式。

　　圖2是電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)對脈沖響應的試驗曲線。由于液壓缸是積分環(huán)節(jié)，所以活塞位移是一條斜線。由圖可見，響應平緩，無超調(diào)量。