德國BAHR坐標(biāo)機(jī)器人直線導(dǎo)軌設(shè)計

　　直角坐標(biāo)機(jī)器人概念：工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。

　　關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，其含義也在不斷的完善中。

　　直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點：

　　1， 多自由度運(yùn)動，每個運(yùn)動自由度之間的空間夾角為直角。

　　2， 自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動均按程序運(yùn)行。

　　3， 一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。

　　4， 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。

　　5， 高可靠性、高速度、高精度。

　　6， 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。

　　直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用：

　　因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代期著十分重要的作用。

　　了解了直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點及應(yīng)用后，我們會想到一個問題：如何設(shè)計直角坐標(biāo)機(jī)器人呢?本文以力拓公司多年的設(shè)計經(jīng)驗和成功案例文為基礎(chǔ)做一闡述：

　　一、機(jī)器人設(shè)計特點：

　　1，機(jī)器人的設(shè)計是一個復(fù)雜的工作，工作量很大，涉及的知識面很多，往往需要多人完成。

　　2，機(jī)器人設(shè)計是面向客戶的設(shè)計，不是閉門造車。設(shè)計者需要經(jīng)常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。

　　3，機(jī)器人設(shè)計是面向加工的設(shè)計，再好的設(shè)計，如果工廠不能加工出產(chǎn)品，設(shè)計也是失敗的，設(shè)計者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。

　　4，機(jī)器人設(shè)計是一個不斷完善的過程。

　　二：機(jī)器人設(shè)計流程：

　　1， 使用要求的分析：每一個機(jī)器人都是根據(jù)特定的要求而設(shè)計的，設(shè)計的第一步就是要將使用要求分析清楚，

　　設(shè)計時需要確定的參數(shù)有：

　　機(jī)器人的定位精度，重復(fù)定位精度;

　　機(jī)器人的負(fù)載大小，負(fù)載特性;

　　機(jī)器人運(yùn)動的自由度數(shù)量，每自由度的運(yùn)動行程;

　　機(jī)器人的工作周期或運(yùn)動速度，加減速特性;

　　機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，動作的關(guān)聯(lián);

　　機(jī)器人的工作環(huán)境、安裝方式;

　　機(jī)器人的運(yùn)行工作制、運(yùn)行壽命。

　　特殊要求。

　　2， 基本機(jī)械模型初建：機(jī)器人從機(jī)械結(jié)構(gòu)分大體可分為龍門結(jié)構(gòu)、壁掛結(jié)構(gòu)，垂掛結(jié)構(gòu)，根據(jù)安裝空間的要求選擇不同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、運(yùn)動特性都是不一樣的。后續(xù)的設(shè)計必須是基于一個確定的結(jié)構(gòu)。

運(yùn)動性能計算：有關(guān)該性能的參數(shù)有：

　　平均速度：V=S/t

　　最大速度：Vmax=at

　　加速度/減速度：a=F/m

　　其中：S為運(yùn)動行程

　　t為定位運(yùn)動時間

　　F加速時的驅(qū)動力

　　M運(yùn)動物體質(zhì)量和

　　3， 力學(xué)特性分析

　　一個機(jī)器人是由許多定位單元組成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項目如下：

　　水平推力Fx

　　正壓力Fz

　　側(cè)壓力Fy

　　Mx、My、Mz

　　4， 機(jī)械強(qiáng)度校核

　　每個定位單元，每個梁都要進(jìn)行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。

　　1)撓度變形計算

F：負(fù)載(N);L：定位單元長度(mm);E：材 料彈性模量;I：材料截面慣性矩(mm4);f：撓度形變(mm)

　　注意：在計算撓度形變時，梁的自重產(chǎn)生的不能忽視，梁的自重按均布載荷計算。

　　以上公式計算的是靜態(tài)形變，實際應(yīng)用中，因為機(jī)器人一直處于運(yùn)動狀態(tài)，必須計算加速力產(chǎn)生的形變。

　　形變直接影響機(jī)器人的運(yùn)行精度。

　　2)扭轉(zhuǎn)形變計算

　　當(dāng)一根梁的一端固定，另一端施加一個繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲形變。實際應(yīng)用中產(chǎn)生該形變的原因一般是負(fù)載偏心或有繞軸加速旋轉(zhuǎn)的物體存在。

　　6，驅(qū)動元件選擇

　　常用的驅(qū)動系統(tǒng)有：

　　交流/支流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、直線伺服電機(jī)/直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。每一個驅(qū)動系統(tǒng)都由電機(jī)和驅(qū)動器兩部分組成。驅(qū)動器的作用是將弱電信號放大，將其加載在驅(qū)動電機(jī)的強(qiáng)電上，驅(qū)動電機(jī)。電機(jī)則是將電信號轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。

　　需要計算的項目如下：

　　電機(jī)功率：

　　電機(jī)扭矩：

　　電機(jī)轉(zhuǎn)速：

　　減速機(jī)減速比

　　電機(jī)慣量/負(fù)載慣量的匹配關(guān)系

　　其他驅(qū)動形式計算公式及計算方法請與力拓公司聯(lián)系。

　　7， 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　在完成了前面六項工作后，一個直角坐標(biāo)機(jī)器人定位系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)在設(shè)計者的腦中產(chǎn)生了，接下來的工作就是將雛形畫成工程圖，以便生產(chǎn)。因機(jī)器人運(yùn)動的特點，我們建議用戶用三維軟件設(shè)計，以便檢查是否存在位置干涉。

　　機(jī)器人的運(yùn)動軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一個位置不存在位置干涉，但到下一個位置就干涉了。

　　8， 設(shè)備壽命校核

　　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要對整臺設(shè)備進(jìn)行壽命計算，核心元件的壽命到要計算，如機(jī)器人軌道的壽命，減速機(jī)的壽命，伺服電機(jī)的壽命等。

　　機(jī)器人的運(yùn)行壽命與運(yùn)行速度、負(fù)載大小、結(jié)構(gòu)形式、工作環(huán)境、工作制等有關(guān)。

　　如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)行壽命太短，需要重新調(diào)整設(shè)計。

　　具體計算方法請與沈陽力拓公司聯(lián)系。

　　9，控制系統(tǒng)的選擇

　　沒有控制系統(tǒng)的機(jī)器人就象人沒有大腦一樣，不能執(zhí)行任何動作。所以我們通常將沒有配備控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)稱為裸機(jī)或機(jī)器人定位系統(tǒng)。

　　根據(jù)要求的不同，控制系統(tǒng)的選擇也不同，通常選擇作為控制系統(tǒng)的產(chǎn)品有：

　　大型PLC 程序控制器;

　　工業(yè)運(yùn)動控制卡;

　　數(shù)字控制系統(tǒng)

　　專用控制器

　　10，程序編寫

　　控制器是機(jī)器人的大腦，程序是機(jī)器人的思想，靈魂。程序的編寫直接反應(yīng)設(shè)計者的思想，意圖。

　　編寫程序是一個復(fù)雜的過程，但只要機(jī)器人總體設(shè)計沒有問題，程序總會編出來的。

　　編程序要注意的問題：

　　對任務(wù)的分析要清晰，編成層次要分明，邏輯清晰。

　　結(jié)束語：

　　機(jī)器人的設(shè)計內(nèi)容龐雜，細(xì)節(jié)眾多，需要不斷熟悉，不斷完善，在實際應(yīng)用中總結(jié)提高。本文只是做了些簡單的介紹，有興趣朋友可與我們聯(lián)系，索取詳細(xì)的設(shè)計資料。

　　上海眾拓機(jī)器人公司是一個以直角坐標(biāo)機(jī)器人設(shè)計為核心任務(wù)公司，每天面對的都是設(shè)計的工作，感謝眾多的用戶給了我們各種各樣的機(jī)會，也為我們培養(yǎng)了各類設(shè)計人員，眾拓公司才得以壯大。我們愿將我們的知識與您共享，為推進(jìn)我國的機(jī)器人事業(yè)出一點力。