搬運(yùn)機(jī)器人在工件大行程龍門(mén)中的應(yīng)用
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時(shí)間：2013-10-21
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三、選型理論分析
針對(duì)該任務(wù)要求及現(xiàn)場(chǎng)空間位置限制，我們先選定機(jī)器人的形式是二維XZ直角坐標(biāo)機(jī)器人，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)節(jié)拍和速度分析。根據(jù)速度分析得出各個(gè)軸各自的最大加速度和減速度。然后再計(jì)算出單獨(dú)運(yùn)動(dòng)和兩軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大沖擊力。這里計(jì)算出XYZ三個(gè)方向的最大沖擊力Fx,Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx,My和Mz。當(dāng)XZ兩個(gè)軸同時(shí)減速時(shí)的最大沖擊力是合成減速度，要以合成減速度來(lái)計(jì)算Fx,Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx,My和Mz。在計(jì)算不同軸扭曲力矩Mx,My和Mz時(shí)要考慮等效負(fù)載的重心位置，總重力和減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。
Z軸選型分析：在選擇上下運(yùn)動(dòng)的Z軸時(shí)，根據(jù)先面計(jì)算出的最大沖擊力Fx,Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx,My和Mz，采用了兩根Roboworker RSL90運(yùn)動(dòng)軸和120mm寬超強(qiáng)齒型帶組成的復(fù)合軸。由于總長(zhǎng)度幾乎達(dá)到了3米，在X軸以1米/秒速度下快速減速時(shí)對(duì)Z軸產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力和晃動(dòng)。為了有更大的抗沖擊能力和產(chǎn)生小的晃動(dòng)，對(duì)兩根RSL90運(yùn)動(dòng)軸我們采用四個(gè)超長(zhǎng)滑塊，上下兩端采用40毫米厚的高強(qiáng)度連接鋁板。選用的120mm寬超強(qiáng)齒型的額定拉力是2000 KG，破壞拉力達(dá)7000 KG。Z軸的實(shí)際帶載能力可達(dá)800 KG，帶350KG的負(fù)載可以長(zhǎng)期高效可靠工作。
X軸選型分析：采用了兩根5米長(zhǎng)的德國(guó)Roboworker RSL90運(yùn)動(dòng)軸，每根運(yùn)動(dòng)軸帶兩個(gè)滑塊。單個(gè)300mm滑塊RSL90型運(yùn)動(dòng)軸的最大負(fù)載能力可達(dá)360KG，這里采用的雙滑塊剛性聯(lián)結(jié)負(fù)載能力可以增加5倍。當(dāng)把兩根運(yùn)動(dòng)軸并排剛性連接起來(lái)使用時(shí)，其負(fù)載能力可以增加2倍，所以這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)其負(fù)載能力可增加到2噸。而負(fù)載（含手爪），Z軸及Z軸與X軸的連接板和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等總重量大約600 KG，所以?xún)筛\(yùn)動(dòng)軸四滑塊結(jié)構(gòu)完全能承受600KG負(fù)載及加減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。兩根X軸鋁材的底面與支架上面鋼板全部完全接觸，支架的強(qiáng)度很高，所以不會(huì)產(chǎn)生任何壓力變形。
XZ軸連接板的設(shè)計(jì)：連接板的設(shè)計(jì)不僅要考慮機(jī)械方面的裝配配合精度，材料的物理強(qiáng)度，連接螺絲桿的拉力等，更要考慮在主要受沖擊方向加大加強(qiáng)連接板，必要時(shí)增加連接板。主要螺絲桿和螺絲帽要加膠，以防長(zhǎng)期振動(dòng)后變松動(dòng)。
四、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器選型:
該機(jī)器人的運(yùn)行速度達(dá)1米/秒，加速度2m/s2，，選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力，通常要比理論計(jì)算值高出100%。選擇Z軸電機(jī)時(shí)要考慮Z軸和負(fù)載的自重，整個(gè)Z軸運(yùn)動(dòng)的加速力和磨擦力。選用德國(guó)Neugart精密行星減速機(jī)和德國(guó)帶抱閘的伺服電機(jī)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比值為5.12，實(shí)際最大出力比所需求的最大出力超出289%，安全系數(shù)為289%。X軸的驅(qū)動(dòng)選用德國(guó)Neugart精密行星減速機(jī)和德國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比值為6.82，出力安全系數(shù)為212%。數(shù)控系統(tǒng)選用德國(guó)恩格哈公司的D22數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，易二次開(kāi)發(fā)，這里主要用G代碼G01和G04。
現(xiàn)場(chǎng)安裝：機(jī)器人在加速和減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時(shí)，所以機(jī)器人必須被牢固地安裝在支架上。機(jī)器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長(zhǎng)期高速高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)沖擊下，沒(méi)有任何晃動(dòng)。此外在安裝時(shí)要保證運(yùn)動(dòng)軸間的平行度、平面度和垂直度。右面的圖像是現(xiàn)場(chǎng)安裝后的照片。
五、結(jié)論
采用ROBOWORKER公司的機(jī)器人后使上面的產(chǎn)品生產(chǎn)速度和質(zhì)量大為提高，而且省去大量人力和財(cái)力。該機(jī)器人運(yùn)行半年后就收回所投入的成本。該機(jī)器人運(yùn)行一年來(lái)非常平穩(wěn)可靠，在正常維護(hù)下至少運(yùn)行十年。這是沈陽(yáng)萊茵機(jī)點(diǎn)公司2007年在國(guó)內(nèi)目前做成的最大負(fù)載機(jī)器人，從中積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為以后其它應(yīng)用提供更大行程，更大負(fù)載的高動(dòng)態(tài)龍門(mén)機(jī)器人和懸臂機(jī)器人打下了很好的基礎(chǔ)。目前還有兩臺(tái)500公斤負(fù)載，大約4＊2＊1米有效行程的上下料機(jī)器人正在進(jìn)行中。隨著大批量全自動(dòng)化生產(chǎn)工業(yè)的迅猛發(fā)展，這類(lèi)直角坐標(biāo)機(jī)器人將具有更加廣范的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/P>
評(píng)論