基于压力反馈的上下料机械手电液伺服位置系统

　　1 引言

　　以液压驱动的上下料机械手取代操作者手动操作上下料应用于机床加工的自动化生产线中，可以提高加工精度和生产效率，避免操作者发生工伤事故的安全隐患。

　　在加工精度要求高的自动化生产线中，常要求上下料机械手具有较高定位取放工件的能力，针对该问题，本文对液压驱动的上下料机械手采用电液伺服系统对机械手小臂的位置进行精确的控制。针对电液伺服位置控制系统阻尼比较小的缺点，加入压力反馈控制，使系统的阻尼比明显提高，满足了系统位置控制的要求，从而提高机械手自动送料和机床加工精度。

　　2 电液伺服位置控制系统的数学模型

　　2. 1 电液伺服位置控制系统的组成

　　上下料机械手小臂电液伺服位置系统如图1 所示，由电液伺服阀、伺服液压缸、位置传感器和放大器组成。位置传感器将液压缸的位置信号转换为电信号与输入电信号比较，得到偏差信号，经伺服放大器放大，输出控制电流控制伺服阀芯运动，输出压力推动液压缸，带动负载运动。

　　2. 2 电液伺服位置控制系统的数学模型

　　电液伺服位置控制闭环系统的基本方程如下:

　　( 1) 伺服阀流量方程:

　　式中: q_L为负载流量; K_q为伺服阀流量增益; i 为伺服阀输入电流; K_c为伺服阀压力增益; p_L为负载压力。

　　( 2) 液压缸流量方程:

　　式中: A 为液压缸有效面积; x 为液压缸活塞杆位移;C_tc为液压缸泄漏系数; V 为液压缸容积; β_e为油液弹性模量。

　　( 3) 液压缸力平衡方程:

　　式中: M 为负载质量; B 为负载阻尼; G 为负载刚度; F为外部干扰力。

　　( 4) 放大器方程:

　　式中: K_a为放大器增益; e 为误差信号; r 为输入信号;K_f为位置传感器增益。

　　对( 1) ～ ( 4) 式进行拉氏变换，可得该闭环系统的传递函数方框图，如图2 所示。

　　根据实际机械手的工作情况，本文假设液压缸没有泄漏，负载没有阻尼和刚度，系统不受到外力作用，即:

　　由传递函数方框图以及上述假设，从而可以得到该电液伺服位置控制系统的开环传递函数:

　　式中: 系统的固有频率，系统的阻尼比，系统的开环增益。

　　电液伺服位置控制系统的闭环传递函数为: