直角坐标机器人的优化设计

5 变形分析

绕度形变仅在大跨度悬空方式下,而且受力很大的情况下才发生。其绕度形变量的计算方法见下面的公式。但Z轴和X轴的安装方式保证了本公司机器人 没有绕度形变发生或绕度形变极其微小可以忽略不计。

f = (F×L3)/(E×I×192)

f:挠度形变 (mm) f≤ 1 mm

F:负载压力 (N)

L:导轨长度 (mm)

E:弹性模量(70,000N/mm2)

I:面积平方(mm4)

在很多任务中可以允许在运动中有一定量的变形,但在玻璃切割机等数控设备类的应用中是不允许产生变形的。为此我们要根据前面求出的最大力来查看 各种型号运动轴的变形量曲线。必要时可以选择加强型,付加加强板等,详情请与沈阳百格机器人公司周文宝联系。

6 选择驱动电机

根据直线定位单元驱动轴的最高转速来选择驱动电机。当驱动轴的最高转速低于600转/分时通常选用步进电机,否则要选用交流伺服电机。但交流伺 服电机的最高转速不要超过3000转/分,否则影响其寿命。当选用步进电机做驱动轴时,其负载的转动惯量与步进电机的转动惯量比要小于12,当选用伺服电 机做驱动轴时,其负载的转动惯量与伺服电机的转动惯量比要小于8,否则影响其高动态特性。但转动惯量比大于上面的数值时,要加德国扭卡特公司的精密行星减 速机。在不超过驱动电机最高转速限制情况下,要尽量选择大减速比的减速机。为了保证高的动态特性,保证在约定的时间内完成任务,驱动电机的最大出力要比理 论计算值至少高出85%。我们通常所选择的驱动电机的最大出力要比理论计算值至少高出100%,而转动惯量比要小于5。还要考虑所选择的伺服电机能与德国 扭卡特公司的精密行星减速机匹配,减速机要能安装到驱动轴上,及电机的控制方式与数控系统相配合。有关驱动电机和减速机的详细技术数据和使用注意事项请与 沈阳百格机器人公司联系。

7 确定机器人的结构及各个运动轴

根据上面6个方面的信息和数据就可以最终选定机器人的结构形式及每个运动轴的具体型号和长度等,通常我们能从图片库中找出同样结构的照片,这里 的照片是指CAD图或以往用户机器人的照片。还要设计好各个轴间的连接板,不仅要考虑机械方面的装配配合精度,材料的物理强度,连接螺丝杆的拉力等,更要 考虑在主要受冲击方向加大加强连接板,必要时增加连接板。主要螺丝杆和螺丝帽要加胶,以防长期振动后变松动。

机器人在加速和减速时会产生强大的冲击力,而且通常每天要工作24小时,所以机器人必须被牢固地安装在支架上。机器人的支架要有足够的抗冲击 力,要有地脚,以保证在长期高速高动态运动冲击下,没有任何晃动。此外在安装时要保证运动轴间的平行度、平面度和垂直度。

8 连接板设计

连接板的方式非常重要,要由有多年实际经验的师父来设计。连接板的方式及质量直接关系到所设计生产的机器人能否长期高速高效稳定工作。为此要计 算出每个运动轴的Fx,Fy和Fz及产生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。这里在计算Fx,Fy和Fz时,不时每个轴自己运动时产生的力,而是在整个机器人高速运动时,使该轴产生的最大合成运动速度和加减速度值对应 的Fx,Fy和Fz。而Mx, My和Mz的计算也要考虑等效重心位置与滑块中心位置。在求出Fx,Fy和Fz及产生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz后,所设计的连接方式至少要有3倍的余量。

9 选择末端操作器——手爪系统

根据其具体应用情况,其手爪系统可能是气动吸盘,气动夹取手爪,电动夹取手爪,电磁吸取手爪,焊枪,胶枪,专用工具和检测仪器等。在很多场合可 以一次抓取多个工件。

10 选择控制系统

机器人要在一定时间内完成特定的任务,比如每10秒内完成一次搬运工作。在完成抓取,加减速运动,高速运动,释放工件等同时,还要与相关的设备 通过通讯或I/O口实现一些时序上的协调同步。在涂胶应用上,各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数,I /O口数量和软件功能。通常选用数控系统,PLC,Pc-Based/index.html" target="_blank">工控机加运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机。对于很多任务我们选择德国Engelhardt公司的数控 系统,对于负载任务我们选择德国Movtec公司的运动控制卡。有关上面两种数控系统的详细资料请与沈阳百格机器人公司索取。