机械扒渣作为铁水预处理工艺的重要组成部分,在高品质钢的生产活动中起到越来越重要的作用。但是,由于扒渣现场的环境条件比较恶劣,工人不仅需要进行长时间、多批次的扒渣作业倒班工作,还需要忍受扒渣现场有害气体对身体的损害。特别是,人工扒渣不可避免地会出现扒渣用时长、效率低的问题,这一工艺环节已经影响高品质钢生产的质效提升。自动扒渣机器人能够适应复杂的扒渣工况,在扒渣作业增质提速目标中具有广阔的应用前景。臂架作为自动扒渣机器人不可或缺的部件,为解决上述问题,围绕其开展结构设计、力学分析和运动控制是很有必要的。本文立足于实际工程需要,围绕三自由度扒渣机器人臂架的快进、工进、快退和复位等四项自动扒渣工作过程,从结构设计、轨迹规划和运动控制三个方面展开研究,并通过现场试验验证以上研究内容的可行性,为三自由度扒渣机器人的臂架设计提供了一个新的思路。首先,针对撇渣器质量较重且极限扒渣位置距离机身较远易引起机器人失稳的问题,采用地脚螺栓将机器人机架固定于扒渣现场地面。为减轻机器人臂架的重量,使用Solid Works对臂架机械结构进行有限元分析,校核结构设计的合理性并进行轻量化改进。其次,针对扒渣作业的实际需求,使用D-H法和几何法推导三自由度扒渣机器人臂架运动学方程,并结合扒渣作业的运动规律提出臂架自动扒渣作业工作过程;另外,为防止臂架在运动过程中出现震颤现象,在轨迹规划中采用含有中间点的三次多项式算法,以减小对臂架关节的冲击,并生成基于关节空间的运动轨迹。再次,针对三自由度扒渣机器人臂架位置控制系统的工程需求,分别建立电液比例阀、非对称液压缸、液压马达的数学模型,在此基础上得出阀控非对称液压缸的响应特性,并针对扒渣作业所需,采用模糊PID控制算法提高阀控缸控制系统整体性能,并结合试验曲线分析该系统的响应特性。最后,开展三自由度扒渣机器人臂架自动扒渣作业实验,检查臂架实际运行效果。试验结果表明:基于本文所设计的机器人臂架系统,可满足钢厂扒渣作业要求。