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直角坐標機械手的選型
閱讀：250 發(fā)布時間：2022-5-161、使用要求分析
對于選型的人員首先要有物理運動學基礎，材料力學基礎，伺服驅(qū)動器使用和數(shù)控系統(tǒng)的應用經(jīng)驗，但最主要是把用戶的問題和要求等了解清楚。對于簡單任務和有經(jīng)驗的工程師通過電話和郵件就可以溝通好，而對復雜的任務要到現(xiàn)場雙方共同分析和制定任務描述，給出具體合理的要求。下面是所需要的主要信息：
機械手的工作過程，手抓和負載的總重量，一個完整的工作周期是多少，可能分解成的子運動及對應的時間，運動和取抓過程中與其它設備的同步/握手要求，各個運動軸的有效運動長度及允許的運行速度及加減速度，機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要求，
2、機械手結構形式選擇
根據(jù)前面“使用要求分析”中獲得的信息資料來選擇機械手的結構形式。原則上盡可能選擇龍門式直角坐標機械手，但有時受工作空間限制必須選擇懸臂式等。在食品搬運和玻璃切割等項目中會產(chǎn)生大量粉末,傷害運動軸里面的導軌，此時采用吊掛式機械手。有時根據(jù)負載及運動距離和空間限制必須選用掛臂式。根據(jù)機械手的工作任務來確定負載的運動位置精度要求，要考慮減速時晃動產(chǎn)生的位置誤差。根據(jù)機械手的工作任務及其工作空間上的限制來確定運動軸數(shù)量及各自運動行程。
3、規(guī)劃運動軌跡及運動速度
根據(jù)機械手的工作任務和空間限制來規(guī)劃運動軌跡。盡可能減少運動距離，對工作周期要求嚴的應用要盡可能運用多軸同時運動來減少運動時間和降低運動速度。抓取負載后運動速度要低，空載返回原始點時要快。負載大時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動的速度，加速度和減速度。各個運動段間盡可能平穩(wěn)變速以保證工作周期,減少沖擊力和運行噪音。在運動速度分配時要充分考慮各個運動過程與其它設備間的同步協(xié)調(diào)時間，而且規(guī)劃的運動時間要比用戶要求的時間短些。
4 受力分析
根據(jù)速度分析得出各個軸的加速度和減速度。然后再計算出多軸同時運動時產(chǎn)生的合成減速度。選擇獨立運動的減速度和同時運動時合成減速度二者中大的減速度，根據(jù)這個的減速度計算出XYZ三個方向的沖擊力Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx, My和Mz。在計算不同軸扭曲力矩Mx, My和Mz時要考慮等效負載的重心位置，總重力和減速時產(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來選擇出各個運動軸的結構形式和型號。還要考慮各個運動軸間的連接方式，保證其強度，有足夠的抗沖擊力能力，使其能長期穩(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。
f = (F×L3)/(E×I×192)
f：撓度形變 (mm) f≤ 1 mm
F：負載壓力 (N)
L：導軌長度 (mm)
E：彈性模量(70,000N/mm2)
I：面積平方(mm4) 在很多任務中可以允許在運動中有一定量的變形，但在玻璃切割機等數(shù)控設備類的應用中是不允許產(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運動軸的變形量曲線。必要時可以選擇加強型，付加加強板等，詳情請與沈陽百格機器人公司周文寶聯(lián)系。
6 選擇驅(qū)動電機
根據(jù)直線定位單元驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速來選擇驅(qū)動電機。當驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速低于600轉(zhuǎn)/分時通常選用步進電機，否則要選用交流伺服電機。但交流伺服電機的轉(zhuǎn)速不要超過3000轉(zhuǎn)/分，否則影響其壽命。當選用步進電機做驅(qū)動軸時，其負載的轉(zhuǎn)動慣量與步進電機的轉(zhuǎn)動慣量比要小于12，當選用伺服電機做驅(qū)動軸時，其負載的轉(zhuǎn)動慣量與伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量比要小于8，否則影響其高動態(tài)特性。但轉(zhuǎn)動慣量比大于上面的數(shù)值時，要加德國扭卡特公司的精密行星減速機。在不超過驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速限制情況下，要盡量選擇大減速比的減速機。為了保證高的動態(tài)特性，保證在約定的時間內(nèi)完成任務，驅(qū)動電機的出力要比理論計算值至少高出85%。我們通常所選擇的驅(qū)動電機的出力要比理論計算值至少高出99%，而轉(zhuǎn)動慣量比要小于5。還要考慮所選擇的伺服電機能與德國扭卡特公司的精密行星減速機匹配，減速機要能安裝到驅(qū)動軸上，及電機的控制方式與數(shù)控系統(tǒng)相配合。有關驅(qū)動電機和減速機的詳細技術數(shù)據(jù)和使用注意事項請與沈陽百格機器人公司聯(lián)系。
7 確定機械手的結構及各個運動軸
根據(jù)上面6個方面的信息和數(shù)據(jù)就可以最終選定機械手的結構形式及每個運動軸的具體型號和長度等，通常我們能從圖片庫中找出同樣結構的照片，這里的照片是指CAD圖或以往用戶機器人的照片。還要設計好各個軸間的連接板，不僅要考慮機械方面的裝配配合精度，材料的物理強度，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連接板，必要時增加連接板。主要螺絲桿和螺絲帽要加膠，以防長期振動后變松動。
機械手在加速和減速時會產(chǎn)生強大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時，所以機械手必須被牢固地安裝在支架上。機械手的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長期高速高動態(tài)運動沖擊下，沒有任何晃動。此外在安裝時要保證運動軸間的平行度、平面度和垂直度。
8 連接板設計
連接板的方式非常重要，要由有多年實際經(jīng)驗的師父來設計。連接板的方式及質(zhì)量直接關系到所設計生產(chǎn)的機械手能否長期高速高效穩(wěn)定工作。為此要計算出每個運動軸的Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx, My和Mz。這里在計算Fx, Fy和Fz時，不時每個軸自己運動時產(chǎn)生的力，而是在整個機械手高速運動時，使該軸產(chǎn)生的合成運動速度和加減速度值對應的Fx, Fy和Fz。而Mx, My和Mz的計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，所設計的連接方式至少要有3倍的余量。