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對(duì)于選型的人員首先要有物理運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)，材料力學(xué)基礎(chǔ)，伺服驅(qū)動(dòng)器使用和數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但最主要是把用戶的問題和要求等了解清楚。對(duì)于簡(jiǎn)單任務(wù)和有經(jīng)驗(yàn)的工程師通過電話和郵件就可以溝通好，而對(duì)復(fù)雜的任務(wù)要到現(xiàn)場(chǎng)雙方共同分析和制定任務(wù)描述，給出具體合理的要求。下面是所需要的主要信息：

 

機(jī)械手的工作過程，手抓和負(fù)載的總重量，一個(gè)完整的工作周期是多少，可能分解成的子運(yùn)動(dòng)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間，運(yùn)動(dòng)和取抓過程中與其它設(shè)備的同步/握手要求，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的有效運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度及允許的運(yùn)行速度及加減速度，機(jī)械手工作周圍空間上的限制，使用環(huán)境有粉末，高溫，水和濕度等特殊防護(hù)要求，

 

2、機(jī)械手結(jié)構(gòu)形式選擇

 

根據(jù)前面“使用要求分析”中獲得的信息資料來選擇機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式。原則上盡可能選擇龍門式直角坐標(biāo)機(jī)械手，但有時(shí)受工作空間限制必須選擇懸臂式等。在食品搬運(yùn)和玻璃切割等項(xiàng)目中會(huì)產(chǎn)生大量粉末,傷害運(yùn)動(dòng)軸里面的導(dǎo)軌，此時(shí)采用吊掛式機(jī)械手。有時(shí)根據(jù)負(fù)載及運(yùn)動(dòng)距離和空間限制必須選用掛臂式。根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)來確定負(fù)載的運(yùn)動(dòng)位置精度要求，要考慮減速時(shí)晃動(dòng)產(chǎn)生的位置誤差。根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)及其工作空間上的限制來確定運(yùn)動(dòng)軸數(shù)量及各自運(yùn)動(dòng)行程。

 

3、規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)速度

 

根據(jù)機(jī)械手的工作任務(wù)和空間限制來規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡。盡可能減少運(yùn)動(dòng)距離，對(duì)工作周期要求嚴(yán)的應(yīng)用要盡可能運(yùn)用多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)來減少運(yùn)動(dòng)時(shí)間和降低運(yùn)動(dòng)速度。抓取負(fù)載后運(yùn)動(dòng)速度要低，空載返回原始點(diǎn)時(shí)要快。負(fù)載大時(shí)加速度和減速度要小，盡可能避免產(chǎn)生巨大的沖擊力。根據(jù)上面的原則給出各段運(yùn)動(dòng)的速度，加速度和減速度。各個(gè)運(yùn)動(dòng)段間盡可能平穩(wěn)變速以保證工作周期,減少?zèng)_擊力和運(yùn)行噪音。在運(yùn)動(dòng)速度分配時(shí)要充分考慮各個(gè)運(yùn)動(dòng)過程與其它設(shè)備間的同步協(xié)調(diào)時(shí)間，而且規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)時(shí)間要比用戶要求的時(shí)間短些。

 

4 受力分析

 

根據(jù)速度分析得出各個(gè)軸的加速度和減速度。然后再計(jì)算出多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的合成減速度。選擇獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的減速度和同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)合成減速度二者中大的減速度，根據(jù)這個(gè)的減速度計(jì)算出XYZ三個(gè)方向的沖擊力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。

 

根據(jù)Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx, My和Mz來選擇出各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)形式和型號(hào)。還要考慮各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸間的連接方式，保證其強(qiáng)度，有足夠的抗沖擊力能力，使其能長(zhǎng)期穩(wěn)定高速高效工作。

 

5 變形分析

 

繞度形變僅在大跨度懸空方式下，而且受力很大的情況下才發(fā)生。其繞度形變量的計(jì)算方法見下面的公式。 但Z軸和X軸的安裝方式保證了本公司機(jī)器人沒有繞度形變發(fā)生或繞度形變極其微小可以忽略不計(jì)。

f = (F×L3)/(E×I×192)

f：撓度形變 (mm) f≤ 1 mm

F：負(fù)載壓力 (N)

L：導(dǎo)軌長(zhǎng)度 (mm)

E：彈性模量(70,000N/mm2)

I：面積平方(mm4) 在很多任務(wù)中可以允許在運(yùn)動(dòng)中有一定量的變形，但在玻璃切割機(jī)等數(shù)控設(shè)備類的應(yīng)用中是不允許產(chǎn)生變形的。為此我們要根據(jù)前面求出的力來查看各種型號(hào)運(yùn)動(dòng)軸的變形量曲線。必要時(shí)可以選擇加強(qiáng)型，付加加強(qiáng)板等，詳情請(qǐng)與沈陽百格機(jī)器人公司周文寶聯(lián)系。

 

6 選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)

 

根據(jù)直線定位單元驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速來選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分時(shí)通常選用步進(jìn)電機(jī)，否則要選用交流伺服電機(jī)。但交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速不要超過3000轉(zhuǎn)/分，否則影響其壽命。當(dāng)選用步進(jìn)電機(jī)做驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，其負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要小于12，當(dāng)選用伺服電機(jī)做驅(qū)動(dòng)軸時(shí)，其負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要小于8，否則影響其高動(dòng)態(tài)特性。但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比大于上面的數(shù)值時(shí)，要加德國(guó)扭卡特公司的精密行星減速機(jī)。在不超過驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速限制情況下，要盡量選擇大減速比的減速機(jī)。為了保證高的動(dòng)態(tài)特性，保證在約定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的出力要比理論計(jì)算值至少高出85%。我們通常所選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的出力要比理論計(jì)算值至少高出99%，而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要小于5。還要考慮所選擇的伺服電機(jī)能與德國(guó)扭卡特公司的精密行星減速機(jī)匹配，減速機(jī)要能安裝到驅(qū)動(dòng)軸上，及電機(jī)的控制方式與數(shù)控系統(tǒng)相配合。有關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)的詳細(xì)技術(shù)數(shù)據(jù)和使用注意事項(xiàng)請(qǐng)與沈陽百格機(jī)器人公司聯(lián)系。

 

7 確定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸

 

根據(jù)上面6個(gè)方面的信息和數(shù)據(jù)就可以最終選定機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式及每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的具體型號(hào)和長(zhǎng)度等，通常我們能從圖片庫中找出同樣結(jié)構(gòu)的照片，這里的照片是指CAD圖或以往用戶機(jī)器人的照片。還要設(shè)計(jì)好各個(gè)軸間的連接板，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)。

 

機(jī)械手在加速和減速時(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)械手必須被牢固地安裝在支架上。機(jī)械手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。

 

8 連接板設(shè)計(jì)

 

連接板的方式非常重要，要由有多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的師父來設(shè)計(jì)。連接板的方式及質(zhì)量直接關(guān)系到所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的機(jī)械手能否長(zhǎng)期高速高效穩(wěn)定工作。為此要計(jì)算出每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx, My和Mz。這里在計(jì)算Fx, Fy和Fz時(shí)，不時(shí)每個(gè)軸自己運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力，而是在整個(gè)機(jī)械手高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，使該軸產(chǎn)生的合成運(yùn)動(dòng)速度和加減速度值對(duì)應(yīng)的Fx, Fy和Fz。而Mx, My和Mz的計(jì)算也要考慮等效重心位置與滑塊中心位置。在求出Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx, My和Mz后，所設(shè)計(jì)的連接方式至少要有3倍的余量。