机械臂伸缩运动电液伺服系统的优化

一般机械臂应包括4个伺服系统，分别控制机械臂的伸缩、回转、升降和手腕的动作。由于每一个液压伺服系统的工作原理均相同，现仅以伸缩伺服系统为例加以介绍。

图8.3.2为机械臂伸缩电液伺服系统原理图。它主要由电液伺服阀1、液压缸2、活塞杆带动的机械臂3、齿轮齿条机构4、电位器5、步进电机6和放大器7等元件组成。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机带动旋转，步进电机的角位移和角速度由数控装置发出的脉冲数和脉冲频率控制。齿条固定在机械臂上，电位器固定在齿轮上，因此当机械臂带动齿轮转动时，电位器同齿轮一起转动，形成负反馈。

图8.3.2　机械臂伸缩电液伺服系统原理图

1—电液伺服阀；2—液压缸；3—机械臂；4—齿轮齿条机构；5—电位器；6—步进电机；7—放大器(www.xing528.com)

图8.3.3所示为机械臂伸缩电液伺服系统框图。机械臂伸缩系统的工作原理如下：由数控装置发出的一定数量的脉冲，使步进电机带动电位器的动触头转过一定的角度θi（假定为顺时针方向转动）。动触头偏离电位器中位，产生微弱电压u1，经放大器放大成u2后输入电液伺服阀的控制线圈，使伺服阀产生一定的开口量。这时液压油以流量q流经阀的开口进入液压缸的左腔，推动活塞连同机械臂手臂一起向右移动，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臂上齿条相啮合，机械臂向右移动时，电位器跟着做顺时针方向的转动。当电位器的中位和触头重合时，动触头输出电压为零，电液伺服阀失去信号，阀口关闭，机械臂停止移动。机械臂移动的行程取决于脉冲数量，速度取决于脉冲频率。当数控装置发出反向脉冲时，步进电机逆时针方向转动，机械臂缩回。

由于机械臂的控制信号是数字量，也可以将此种控制系统归类为数字电液伺服系统。

图8.3.3　机械臂伸缩电液伺服系统框图