1、使用要求分析

 

 

對于選型的人員首先要有物理運動(dòng)學(xué)基礎，材料力學(xué)基礎，伺服驅動(dòng)器使用和數控系統的應用經(jīng)驗，但最主要是把用戶(hù)的問(wèn)題和要求等了解清楚。對于簡(jiǎn)單任務(wù)和有經(jīng)驗的工程師通過(guò)電話(huà)和郵件就可以溝通好，而對復雜的任務(wù)要到現場(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：

 

機械手的工作過(guò)程，手抓和負載的總重量，一個(gè)完整的工作周期是多少，可能分解成的子運動(dòng)及對應的時(shí)間，運動(dòng)和取抓過(guò)程中與其它設備的同步/握手要求，各個(gè)運動(dòng)軸的有效運動(dòng)長(cháng)度及允許的最大運行速度及加減速度，機械手工作周?chē)臻g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

 

根據前面“使用要求分析”中獲得的信息資料來(lái)選擇機械手的結構形式。原則上盡可能選擇龍門(mén)式直角坐標機械手，但有時(shí)受工作空間限制必須選擇懸臂式等。在食品搬運和玻璃切割等項目中會(huì )產(chǎn)生大量粉末,傷害運動(dòng)軸里面的導軌，此時(shí)最好采用吊掛式機械手。有時(shí)根據負載及運動(dòng)距離和空間限制必須選用掛臂式。根據機械手的工作任務(wù)來(lái)確定負載的運動(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。根據機械手的工作任務(wù)及其工作空間上的限制來(lái)確定運動(dòng)軸數量及各自運動(dòng)行程。

 

3、規劃運動(dòng)軌跡及運動(dòng)速度

 

根據機械手的工作任務(wù)和空間限制來(lái)規劃運動(dòng)軌跡。盡可能減少運動(dòng)距離，對工作周期要求嚴的應用要盡可能運用多軸同時(shí)運動(dòng)來(lái)減少運動(dòng)時(shí)間和降低運動(dòng)速度。抓取負載后運動(dòng)速度要低，空載返回原始點(diǎn)時(shí)要快。負載大時(shí)加速度和減速度要小，盡可能避免產(chǎn)生巨大的沖擊力。根據上面的原則給出各段運動(dòng)的速度，加速度和減速度。各個(gè)運動(dòng)段間盡可能平穩變速以保證工作周期,減少沖擊力和運行噪音。在運動(dòng)速度分配時(shí)要充分考慮各個(gè)運動(dòng)過(guò)程與其它設備間的同步協(xié)調時(shí)間，而且規劃的運動(dòng)時(shí)間要比用戶(hù)要求的時(shí)間短些。

 

4 受力分析

 

根據速度分析得出各個(gè)軸的最大加速度和減速度。然后再計算出多軸同時(shí)運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的合成最大減速度。選擇獨立運動(dòng)的減速度和同時(shí)運動(dòng)時(shí)合成減速度二者中大的減速度，根據這個(gè)最大的減速度計算出XYZ三個(gè)方向的最大沖擊力Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。在計算不同軸扭曲力矩Mx, My和Mz時(shí)要考慮等效負載的重心位置，總重力和減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。

 

根據Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz來(lái)選擇出各個(gè)運動(dòng)軸的結構形式和型號。還要考慮各個(gè)運動(dòng)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(cháng)期穩定高速高效工作。

 

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(jiàn)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(méi)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(cháng)度 (mm)

E：彈性模量(70,000N/mm2)

I：面積平方(mm4) 在很多任務(wù)中可以允許在運動(dòng)中有一定量的變形，但在玻璃切割機等數控設備類(lèi)的應用中是不允許產(chǎn)生變形的。為此我們要根據前面求出的最大力來(lái)查看各種型號運動(dòng)軸的變形量曲線(xiàn)。必要時(shí)可以選擇加強型，付加加強板等，詳情請與沈陽(yáng)百格機器人公司周文寶聯(lián)系。

 

6 選擇驅動(dòng)電機

 

根據直線(xiàn)定位單元驅動(dòng)軸的最高轉速來(lái)選擇驅動(dòng)電機。當驅動(dòng)軸的最高轉速低于600轉/分時(shí)通常選用步進(jìn)電機，否則要選用交流伺服電機。但交流伺服電機的最高轉速不要超過(guò)3000轉/分，否則影響其壽命。當選用步進(jìn)電機做驅動(dòng)軸時(shí)，其負載的轉動(dòng)慣量與步進(jìn)電機的轉動(dòng)慣量比要小于12，當選用伺服電機做驅動(dòng)軸時(shí)，其負載的轉動(dòng)慣量與伺服電機的轉動(dòng)慣量比要小于8，否則影響其高動(dòng)態(tài)特性。但轉動(dòng)慣量比大于上面的數值時(shí)，要加德國扭卡特公司的精密行星減速機。在不超過(guò)驅動(dòng)電機最高轉速限制情況下，要盡量選擇大減速比的減速機。為了保證高的動(dòng)態(tài)特性，保證在約定的時(shí)間內完成任務(wù)，驅動(dòng)電機的最大出力要比理論計算值至少高出85%。我們通常所選擇的驅動(dòng)電機的最大出力要比理論計算值至少高出100%，而轉動(dòng)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動(dòng)軸上，及電機的控制方式與數控系統相配合。有關(guān)驅動(dòng)電機和減速機的詳細技術(shù)數據和使用注意事項請與沈陽(yáng)百格機器人公司聯(lián)系。

 

7 確定機械手的結構及各個(gè)運動(dòng)軸

 

根據上面6個(gè)方面的信息和數據就可以最終選定機械手的結構形式及每個(gè)運動(dòng)軸的具體型號和長(cháng)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(hù)機器人的照片。還要設計好各個(gè)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(shí)增加連接板。主要螺絲桿和螺絲帽要加膠，以防長(cháng)期振動(dòng)后變松動(dòng)。

 

機械手在加速和減速時(shí)會(huì )產(chǎn)生強大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時(shí)，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(cháng)期高速高動(dòng)態(tài)運動(dòng)沖擊下，沒(méi)有任何晃動(dòng)。此外在安裝時(shí)要保證運動(dòng)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(shí)際經(jīng)驗的師父來(lái)設計。連接板的方式及質(zhì)量直接關(guān)系到所設計生產(chǎn)的機械手能否長(cháng)期高速高效穩定工作。為此要計算出每個(gè)運動(dòng)軸的Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。這里在計算Fx, Fy和Fz時(shí)，不時(shí)每個(gè)軸自己運動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力，而是在整個(gè)機械手高速運動(dòng)時(shí)，使該軸產(chǎn)生的最大合成運動(dòng)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)生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz后，所設計的連接方式至少要有3倍的余量。
   美蓓亞斯作為集生產(chǎn)研發(fā)設計一體的高新技術(shù)企業(yè)，專(zhuān)注于模組滑臺自動(dòng)化機械研發(fā)，國內領(lǐng)先的直線(xiàn)模組、線(xiàn)性模組、多軸模組、直線(xiàn)滑臺、線(xiàn)性滑臺、步進(jìn)電機及步進(jìn)驅動(dòng)器供應商，我們的產(chǎn)品廣泛應用于國內外各個(gè)行業(yè)，貼心售后服務(wù)，用模組選擇我們就對了！