直角坐標(biāo)機(jī)器人概念：

工業(yè)應(yīng)用中肤频，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的汗钳、可重復(fù)編程的帮课、多功能的、多自由度的征离、運(yùn)動(dòng)自由度建成空間直角關(guān)系厌哈、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體到讽、操作工具钟肴，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)展保媒，在不斷的完善苏狠，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辟昏。

典型直角坐標(biāo)機(jī)器人圖一

直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)：

1钻宠、自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角获列；

2谷市、自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程击孩，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行迫悠；

3、一般由控制系統(tǒng)巩梢、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)创泄、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成括蝠。

4鞠抑、靈活，多功能忌警，因操作工具的不同功能也不同搁拙。

5、高可靠性法绵、高速度箕速、高精度。

6缩髓、可用于惡劣的環(huán)境憨箍，可長(zhǎng)期工作，便于操作維修学释。

直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用：

因末端操作工具的不同遇娜，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接粱思、搬運(yùn)区呕、上下料绣峰、包裝、碼垛海拾、拆垛掩软、檢測(cè)、探傷眉脖、分類侮夸、裝配、貼標(biāo)头趴、噴碼揍庄、打碼、（軟仿型）噴涂东抹、目標(biāo)跟隨蚂子、排爆等一系列工作。特別適用于多品種缭黔、便批量的柔性化作業(yè)食茎，對(duì)于穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率馏谨，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用别渔。

直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用圖二

隨著直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作日益顯得重要田巴。成功的設(shè)計(jì)一臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人涉及到很多方面的工作钠糊，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壹哺、伺服控制等等。沈陽(yáng)力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司有著多年直角坐標(biāo)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用艘刚、數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)管宵，我們依托德國(guó)BAHR公司直線定位系統(tǒng)性及機(jī)械手臂開發(fā)出了價(jià)比優(yōu)良的系列數(shù)控直角坐標(biāo)機(jī)器人，被廣泛地應(yīng)用在汽車悲尝、電子宇涵、電器、檢測(cè)吐梗、醫(yī)療突仆、航天、食品等各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)線上桐赠。

下面我們就對(duì)直角坐標(biāo)機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的闡述穆垦。

一、機(jī)器人設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1涌粱、機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作辱郑，工作量很大埃的，涉及的知識(shí)面很多，往往需要多人完成糟糊。

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

3法希、機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向加工的設(shè)計(jì)，再好的設(shè)計(jì)靶瘸，如果工廠不能加工出產(chǎn)品苫亦，設(shè)計(jì)也是失敗的，設(shè)計(jì)者需要掌握大量的加工工藝及加工手段怨咪。

4屋剑、機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷完善的過(guò)程。

二诗眨、機(jī)器人設(shè)計(jì)流程：

1唉匾、使用要求的分析：每一個(gè)機(jī)器人都是根據(jù)特定的要求的產(chǎn)生而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的第一步就是要將使用要求分析清楚匠楚，確定設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的參數(shù)巍膘，包括：

機(jī)器人的定位精度，重復(fù)定位精度芋簿；

機(jī)器人的負(fù)載大小修鲤，負(fù)載特性；

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的自由度數(shù)量扎瞧，每自由度的運(yùn)動(dòng)行程乓记；

機(jī)器人的工作周期或運(yùn)動(dòng)速度，加減速特性草颤；

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡锌筝，動(dòng)作的關(guān)聯(lián)；

機(jī)器人的工作環(huán)境捏表、安裝方式法铝；

機(jī)器人的運(yùn)行工作制、運(yùn)行壽命镊迟；

其他特殊要求级案；

2、 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)董容、壁掛結(jié)構(gòu)鹤协，垂掛結(jié)構(gòu)椎沟，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)特性味滞、運(yùn)動(dòng)特性都是不一樣的樱蛤。后續(xù)的設(shè)計(jì)必須是基于一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)。

機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)圖三

3剑鞍、運(yùn)動(dòng)性能計(jì)算：有關(guān)該性能的參數(shù)有：

平均速度：V=S/t                 

 速度曲線四

最大速度：Vmax=at

加速度/減速度：a=F/m

其中：S為運(yùn)動(dòng)行程

t為定位運(yùn)動(dòng)時(shí)間

F加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力

M運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量和

4昨凡、力學(xué)特性分析

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

水平推力Fx 

  力學(xué)分析圖五

正壓力Fz

側(cè)壓力Fy

Mx便脊、My、Mz

5光戈、機(jī)械強(qiáng)度校核：

每個(gè)定位單元哪痰，每個(gè)梁都要進(jìn)行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁久妆。

1） 撓度變形計(jì)算

撓度變形圖六

F：負(fù)載（N）晌杰；

L：定位單元長(zhǎng)度（mm）；

E：材料彈性模量筷弦；

I：材料截面慣性矩(mm4)肋演；

f：撓度形變（mm）

注意：在計(jì)算撓度形變時(shí)，梁的自重產(chǎn)生的變形不能忽視友移，梁的自重按均布載荷計(jì)算状萤。

    以上公式計(jì)算的是靜態(tài)形變，實(shí)際應(yīng)用中洽灿，因?yàn)闄C(jī)器人一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)撒肉，必須計(jì)算加速力產(chǎn)生的形變，形變直接影響機(jī)器人的運(yùn)行精度满盔。

2）扭轉(zhuǎn)形變計(jì)算：

當(dāng)一根梁的一端固定峰辣，另一端施加一個(gè)繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲變形嗡吸。實(shí)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。

扭轉(zhuǎn)力矩分析圖七便浮、八

          6哩拒、驅(qū)動(dòng)元件選擇

常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有：交流/支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尤痒、直線伺服電機(jī)/直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)曾谁。

每一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都由電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是將弱電信號(hào)放大悔叽，將其加載在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的強(qiáng)電上莱衩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)爵嗅。電機(jī)則是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。

需要計(jì)算的項(xiàng)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

其他計(jì)算公式及計(jì)算方法請(qǐng)與上海眾拓公司聯(lián)系笨蚁。

7睹晒、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在完成了前面六項(xiàng)工作后，一個(gè)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(jì)者的頭腦中形成了括细，接下來(lái)的工作就是將雛形畫成工程圖伪很，以便生產(chǎn)。我們建議用戶用三維軟件設(shè)計(jì)奋单，以便檢查是否存在位置干涉锉试。

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

8贷笛、設(shè)備壽命校核

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后应又，要對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行壽命計(jì)算，核心元件的壽命到要計(jì)算污涤，如機(jī)器人軌道的壽命饶饿，減速機(jī)的壽命，伺服電機(jī)的壽命等狰娱。

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

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

具體計(jì)算方法請(qǐng)與沈陽(yáng)力拓公司聯(lián)系。

9浅仑、控制系統(tǒng)的選擇

沒(méi)有控制系統(tǒng)的機(jī)器人就象人沒(méi)有大腦一樣求瞎，不能執(zhí)行任何動(dòng)作。所以我們通常將沒(méi)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)（robot positioning system）屿扮。

根據(jù)要求的不同睦作，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：

PLC 程序控制器叹放；

工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡（motion card）;

數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC)

專于控制器

10饰恕、程序編寫

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，程序是機(jī)器人的思想井仰。程序的編寫直接反應(yīng)設(shè)計(jì)者的思想埋嵌、意圖和運(yùn)動(dòng)需求破加。

編寫程序是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，但只要機(jī)器人總體設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題雹嗦，程序總會(huì)編出來(lái)的范舀。編程序要注意以下問(wèn)題：

對(duì)任務(wù)的分析要清晰，編程層次要分明俐银，邏輯清晰尿背。

結(jié)束語(yǔ)：

機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷熟悉，不斷完善的過(guò)程捶惜，需要不斷在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)提高田藐。內(nèi)容龐雜，細(xì)節(jié)眾多吱七。本文只是做了些簡(jiǎn)單的介紹娜振。

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