一 直角坐標機器人的定義及主要特點

　　機器人按ISO8373定義為：位置可以固定或移動，能夠實現自動控製
、可重複編程
、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個或3個(ge)以(yi)上(shang)自(zi)由(you)度(du)內(nei)可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)備(bei)。這(zhe)裏(li)自(zi)由(you)度(du)就(jiu)是(shi)指(zhi)可(ke)運(yun)動(dong)或(huo)轉(zhuan)動(dong)的(de)軸(zhou)。直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)是(shi)以(yi)直(zhi)線(xian)運(yun)動(dong)軸(zhou)為(wei)主(zhu)，各(ge)個(ge)運(yun)動(dong)軸(zhou)通(tong)常(chang)對(dui)應(ying)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)係(xi)中(zhong)的(de)X軸，Y軸和Z軸。在絕大多數情況下直角坐標機器人的各個直線運動軸間的夾角為直角。

　　zhijiaozuobiaojiqirenzhuyaoyouyixiezhixianyundongdanyuanjiqizuhe，qudongdianji
，kongzhixitonghemoduancaozuoqizucheng。zhenduibutongdeyingyong，keyifangbiankuaisuzuhechengbutongjiegouxingshi，butongweishu，butongxingchenghebutongdaizainenglidezhijiaozuobiaojiqiren。conghuazhuangpinshengchandaoqicheheshoujidezhuangpeidenggexingyedezidonghuashengchanxianzhong
，douyougeshigeyangdeduotaizhijiaozuobiaojiqirenheqitashebeiyangetongbuxietiaogongzuo，womenchenggongwanchengleshubaizhongjiegouxingshideyingyonganli。keyishuozhijiaozuobiaojiqirenjihunengshengrensuoyoudegongyezidonghuarenwu。xiamianshiqizhuyaotedian：

　　1 任意組合成多種結構樣式
，不同帶載能力和行程的機器人。

　　2 采用多根直線運動單元級連和齒輪齒條傳動，可以形成幾十米的超大行程機器人。

　　3 采用多根直線運動單元並連及帶多滑塊結構其負載能力可增加到數噸。

　　4 理論上最大運行速度可達到每秒8米
，加速度可達到每秒20米。

　　5 重複定位精度可達到0.05mm~0.01mm。

　　6 采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數控係統能完成非常複雜軌跡的工作。

　　沈陽百格機器人有限公司從1995年以來代理銷售德國百格拉公司的直角坐標機器人，配合不同行業的用戶成功地解決了他們的自動化任務。加上這10多(duo)年(nian)中(zhong)公(gong)司(si)派(pai)人(ren)到(dao)德(de)國(guo)百(bai)格(ge)拉(la)公(gong)司(si)培(pei)訓(xun)和(he)德(de)國(guo)專(zhuan)家(jia)到(dao)中(zhong)國(guo)為(wei)用(yong)戶(hu)處(chu)進(jin)行(xing)培(pei)訓(xun)和(he)編(bian)程(cheng)等(deng)服(fu)務(wu)，使(shi)我(wo)們(men)從(cong)了(le)解(jie)分(fen)析(xi)任(ren)務(wu)，選(xuan)擇(ze)設(she)計(ji)機(ji)器(qi)人(ren)
，到(dao)用(yong)戶(hu)處(chu)安(an)裝(zhuang)調(tiao)試(shi)直(zhi)到(dao)達(da)到(dao)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)，我(wo)們(men)不(bu)斷(duan)積(ji)累(lei)經(jing)驗(yan)，提(ti)高(gao)服(fu)務(wu)能(neng)力(li)，下(xia)麵(mian)就(jiu)介(jie)紹(shao)如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)。

　　二

、直角坐標機器人的選型

　　1 使用要求分析

　　duiyuxuanxingderenyuanshouxianyaoyouwuliyundongxuejichu
，cailiaolixuejichu，sifuqudongqishiyongheshukongxitongdeyingyongjingyan
，danzuizhuyaoshibayonghudewentiheyaoqiudenglejieqingchu。duiyujiandanrenwuheyoujingyandegongchengshitongguodianhuaheyoujianjiukeyigoutonghao
，erduifuzaderenwuyaodaoxianchangshuangfanggongtongfenxihezhidingrenwumiaoshu，geichujutihelideyaoqiu。xiamianshisuoxuyaodezhuyaoxinxi：

　　機器人的工作過程，

　　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最大運行速度及加減速度，

　　機器人工作周圍空間上的限製，

　　使用環境有粉末，高溫
，水和濕度等特殊防護要求，

　　2 機器人結構形式選擇

　　根據前麵“使用要求分析”zhonghuodedexinxiziliaolaixuanzejiqirendejiegouxingshi。yuanzeshangjinkenengxuanzelongmenshizhijiaozuobiaojiqiren，danyoushishougongzuokongjianxianzhibixuxuanzexuanbishideng。zaishipinbanyunheboliqiegedengxiangmuzhonghuichanshengdaliangfenmo,shanghaiyundongzhoulimiandedaogui，cishizuihaocaiyongdiaoguashijiqiren。youshigenjufuzaijiyundongjulihekongjianxianzhibixuxuanyongguabishi。genjujiqirendegongzuorenwulaiquedingfuzaideyundongweizhijingduyaoqiu
，yaokaolvjiansushihuangdongchanshengdeweizhiwucha。genjujiqirendegongzuorenwujiqigongzuokongjianshangdexianzhilaiquedingyundongzhoushuliangjigeziyundongxingcheng。

　　3 規劃運動軌跡及運動速度

　　genjujiqirendegongzuorenwuhekongjianxianzhilaiguihuayundongguiji。jinkenengjianshaoyundongjuli

，duigongzuozhouqiyaoqiuyandeyingyongyaojinkenengyunyongduozhoutongshiyundonglaijianshaoyundongshijianhejiangdiyundongsudu。zhuaqufuzaihouyundongsuduyaodi，kongzaifanhuiyuanshidianshiyaokuai。fuzaidashijiasuduhejiansuduyaoxiao
，jinkenengbimianchanshengjudadechongjili。genjushangmiandeyuanzegeichugeduanyundongdesudu，jiasuduhejiansudu。gegeyundongduanjianjinkenengpingwenbiansuyibaozhenggongzuozhouqi,減(jian)少(shao)衝(chong)擊(ji)力(li)和(he)運(yun)行(xing)噪(zao)音(yin)。在(zai)運(yun)動(dong)速(su)度(du)分(fen)配(pei)時(shi)要(yao)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)各(ge)個(ge)運(yun)動(dong)過(guo)程(cheng)與(yu)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)間(jian)的(de)同(tong)步(bu)協(xie)調(tiao)時(shi)間(jian)
，而(er)且(qie)規(gui)劃(hua)的(de)運(yun)動(dong)時(shi)間(jian)要(yao)比(bi)用(yong)戶(hu)要(yao)求(qiu)的(de)時(shi)間(jian)短(duan)些(xie)。

　　4 受力分析

　　根(gen)據(ju)速(su)度(du)分(fen)析(xi)得(de)出(chu)各(ge)個(ge)軸(zhou)的(de)最(zui)大(da)加(jia)速(su)度(du)和(he)減(jian)速(su)度(du)。然(ran)後(hou)再(zai)計(ji)算(suan)出(chu)多(duo)軸(zhou)同(tong)時(shi)運(yun)動(dong)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)合(he)成(cheng)最(zui)大(da)減(jian)速(su)度(du)。選(xuan)擇(ze)獨(du)立(li)運(yun)動(dong)的(de)減(jian)速(su)度(du)和(he)同(tong)時(shi)運(yun)動(dong)時(shi)合(he)成(cheng)減(jian)速(su)度(du)二(er)者(zhe)中(zhong)大(da)的(de)減(jian)速(su)度(du)
，根(gen)據(ju)這(zhe)個(ge)最(zui)大(da)的(de)減(jian)速(su)度(du)計(ji)算(suan)出(chu)XYZ三個方向的最大衝擊力Fx,Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。在計算不同軸扭曲力矩Mx,My和Mz時要考慮等效負載的重心位置
，總重力和減速時產生的衝擊力。根據Fx, Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx,My和Mzlaixuanzechugegeyundongzhoudejiegouxingshihexinghao。haiyaokaolvgegeyundongzhoujiandelianjiefangshi，baozhengqiqiangdu
，youzugoudekangchongjilinengli，shiqinengchangqiwendinggaosugaoxiaogongzuo。

　　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生。其繞度形變量的計算方法見下麵的公式。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：麵積平方（mm4）

　　zaihenduorenwuzhongkeyiyunxuzaiyundongzhongyouyidingliangdebianxing
，danzaiboliqiegejidengshukongshebeileideyingyongzhongshibuyunxuchanshengbianxingde。weiciwomenyaogenjuqianmianqiuchudezuidalilaizhakangezhongxinghaoyundongzhoudebianxingliangquxian。biyaoshikeyixuanzejiaqiangxing
，fujiajiaqiangbandeng
，xiangqingqingyushenyangbaigejiqirengongsizhouwenbaolianxi。

　　6 選擇驅動電機

　　根據直線定位單元驅動軸的最高轉速來選擇驅動電機。當驅動軸的最高轉速低於600轉/分時通常選用步進電機

，否則要選用交流伺服電機。但交流伺服電機的最高轉速不要超過3000轉/分
，否則影響其壽命。當選用步進電機做驅動軸時
，其負載的轉動慣量與步進電機的轉動慣量比要小於12
，當選用伺服電機做驅動軸時
，其負載的轉動慣量與伺服電機的轉動慣量比要小於8，否fou則ze影ying響xiang其qi高gao動dong態tai特te性xing。但dan轉zhuan動dong慣guan量liang比bi大da於yu上shang麵mian的de數shu值zhi時shi，要yao加jia德de國guo扭niu卡ka特te公gong司si的de精jing密mi行xing星xing減jian速su機ji。在zai不bu超chao過guo驅qu動dong電dian機ji最zui高gao轉zhuan速su限xian製zhi情qing況kuang下xia，要yao盡jin量liang選xuan擇ze大da減jian速su比bi的de減jian速su機ji。為wei了le保bao證zheng高gao的de動dong態tai特te性xing，保bao證zheng在zai約yue定ding的de時shi間jian內nei完wan成cheng任ren務wu，驅qu動dong電dian機ji的de最zui大da出chu力li要yao比bi理li論lun計ji算suan值zhi至zhi少shao高gao出chu85%。我們通常所選擇的驅動電機的最大出力要比理論計算值至少高出100%

，而轉動慣量比要小於5。還hai要yao考kao慮lv所suo選xuan擇ze的de伺si服fu電dian機ji能neng與yu德de國guo扭niu卡ka特te公gong司si的de精jing密mi行xing星xing減jian速su機ji匹pi配pei
，減jian速su機ji要yao能neng安an裝zhuang到dao驅qu動dong軸zhou上shang

，及ji電dian機ji的de控kong製zhi方fang式shi與yu數shu控kong係xi統tong相xiang配pei合he。有you關guan驅qu動dong電dian機ji和he減jian速su機ji的de詳xiang細xi技ji術shu數shu據ju和he使shi用yong注zhu意yi事shi項xiang請qing與yu沈shen陽yang百bai格ge機ji器qi人ren公gong司si聯lian係xi。

　　7 確定機器人的結構及各個運動軸

　　根據上麵6個ge方fang麵mian的de信xin息xi和he數shu據ju就jiu可ke以yi最zui終zhong選xuan定ding機ji器qi人ren的de結jie構gou形xing式shi及ji每mei個ge運yun動dong軸zhou的de具ju體ti型xing號hao和he長chang度du等deng，通tong常chang我wo們men能neng從cong圖tu片pian庫ku中zhong找zhao出chu同tong樣yang結jie構gou的de照zhao片pian，這zhe裏li的de照zhao片pian是shi指zhiCADtuhuoyiwangyonghujiqirendezhaopian。haiyaoshejihaogegezhoujiandelianjieban，bujinyaokaolvjixiefangmiandezhuangpeipeihejingdu
，cailiaodewuliqiangdu，lianjieluosigandelalideng，gengyaokaolvzaizhuyaoshouchongjifangxiangjiadajiaqianglianjieban，biyaoshizengjialianjieban。zhuyaoluosiganheluosimaoyaojiajiao，yifangchangqizhendonghoubiansongdong。

　　機器人在加速和減速時會產生強大的衝擊力，而且通常每天要工作24小xiao時shi
，所suo以yi機ji器qi人ren必bi須xu被bei牢lao固gu地di安an裝zhuang在zai支zhi架jia上shang。機ji器qi人ren的de支zhi架jia要yao有you足zu夠gou的de抗kang衝chong擊ji力li

，要yao有you地di腳jiao，以yi保bao證zheng在zai長chang期qi高gao速su高gao動dong態tai運yun動dong衝chong擊ji下xia，沒mei有you任ren何he晃huang動dong。此ci外wai在zai安an裝zhuang時shi要yao保bao證zheng運yun動dong軸zhou間jian的de平ping行xing度du
、平麵度和垂直度。

　　8 連接板設計

　　連lian接jie板ban的de方fang式shi非fei常chang重zhong要yao，要yao由you有you多duo年nian實shi際ji經jing驗yan的de師shi父fu來lai設she計ji。連lian接jie板ban的de方fang式shi及ji質zhi量liang直zhi接jie關guan係xi到dao所suo設she計ji生sheng產chan的de機ji器qi人ren能neng否fou長chang期qi高gao速su高gao效xiao穩wen定ding工gong作zuo。為wei此ci要yao計ji算suan出chu每mei個ge運yun動dong軸zhou的deFx,Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。這裏在計算Fx,Fy和Fz時，不時每個軸自己運動時產生的力，而是在整個機器人高速運動時，使該軸產生的最大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及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz後，所設計的連接方式至少要有3倍的餘量。

　　9 選擇末端操作器——手爪係統

　　根gen據ju其qi具ju體ti應ying用yong情qing況kuang
，其qi手shou爪zhao係xi統tong可ke能neng是shi氣qi動dong吸xi盤pan
，氣qi動dong夾jia取qu手shou爪zhao，電dian動dong夾jia取qu手shou爪zhao
，電dian磁ci吸xi取qu手shou爪zhao，焊han槍qiang，膠jiao槍qiang
，專zhuan用yong工gong具ju和he檢jian測ce儀yi器qi等deng。在zai很hen多duo場chang合he可ke以yi一yi次ci抓zhua取qu多duo個ge工gong件jian。

　　10 選擇控製係統

　　機器人要在一定時間內完成特定的任務，比如每10秒內完成一次搬運工作。在完成抓取，加減速運動
，高速運動，釋放工件等同時
，還要與相關的設備通過通訊或I/O口(kou)實(shi)現(xian)一(yi)些(xie)時(shi)序(xu)上(shang)的(de)協(xie)調(tiao)同(tong)步(bu)。在(zai)塗(tu)膠(jiao)應(ying)用(yong)上(shang)，各(ge)個(ge)運(yun)動(dong)軸(zhou)要(yao)完(wan)成(cheng)直(zhi)線(xian)和(he)圓(yuan)弧(hu)插(cha)補(bu)運(yun)動(dong)。因(yin)此(ci)其(qi)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)要(yao)按(an)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu)來(lai)選(xuan)定(ding)其(qi)控(kong)製(zhi)軸(zhou)數(shu)，I/O口數量和軟件功能。通常選用數控係統
，PLC，Pc-Based/index.html" target="_blank">工控機加運動控製卡和帶軸卡功能及I/O口的驅動電機。對於很多任務我們選擇德國Engelhardt公司的數控係統,對於負載任務我們選擇德國Movtec公司的運動控製卡。有關上麵兩種數控係統的詳細資料請與沈陽百格機器人公司索取。

　　11 技術協議

　　每(mei)台(tai)機(ji)器(qi)人(ren)都(dou)有(you)運(yun)行(xing)速(su)度(du)，重(zhong)服(fu)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)和(he)各(ge)種(zhong)特(te)定(ding)功(gong)能(neng)等(deng)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)，在(zai)簽(qian)合(he)同(tong)時(shi)務(wu)必(bi)要(yao)簽(qian)訂(ding)技(ji)術(shu)協(xie)議(yi)，驗(yan)收(shou)內(nei)容(rong)和(he)驗(yan)收(shou)方(fang)式(shi)等(deng)。要(yao)學(xue)會(hui)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)保(bao)養(yang)。有(you)關(guan)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)保(bao)養(yang)資(zi)料(liao)請(qing)與(yu)沈(shen)陽(yang)百(bai)格(ge)機(ji)器(qi)人(ren)公(gong)司(si)聯(lian)係(xi)。

　　三、結論

　　在zai直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren的de設she計ji過guo程cheng中zhong要yao不bu斷duan把ba設she計ji的de圖tu紙zhi及ji技ji術shu分fen析xi計ji算suan結jie果guo發fa給gei用yong戶hu
，雙shuang方fang反fan複fu溝gou通tong，不bu斷duan完wan善shan。所suo設she計ji的de直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren當dang然ran與yu技ji術shu人ren員yuan本ben人ren的de經jing驗yan和he公gong司si技ji術shu人ren員yuan的de經jing驗yan和he工gong作zuo認ren真zhen負fu責ze程cheng度du有you關guan係xi，合he適shi的de就jiu是shi最zui好hao的de。用yong戶hu要yao有you一yi定ding經jing驗yan的de操cao作zuo員yuan來lai正zheng確que操cao作zuo和he及ji時shi保bao養yang直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren也ye是shi重zhong要yao的de。沈shen陽yang百bai格ge機ji器qi人ren公gong司si聘pin請qing了le3位機床廠退休的高級工程師來設計機器人和連接板。我們公司10多(duo)年(nian)來(lai)還(hai)銷(xiao)售(shou)德(de)國(guo)產(chan)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)，伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)，行(xing)星(xing)減(jian)速(su)機(ji)，機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)，機(ji)器(qi)人(ren)手(shou)爪(zhao)係(xi)統(tong)和(he)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)，積(ji)累(lei)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)實(shi)際(ji)經(jing)驗(yan)，保(bao)證(zheng)了(le)我(wo)們(men)銷(xiao)售(shou)的(de)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)能(neng)高(gao)效(xiao)長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)工(gong)作(zuo)。這(zhe)也(ye)是(shi)我(wo)公(gong)司(si)有(you)了(le)一(yi)些(xie)長(chang)期(qi)用(yong)戶(hu)的(de)基(ji)礎(chu)。上(shang)麵(mian)的(de)內(nei)容(rong)是(shi)本(ben)人(ren)12nianlaicongshizhijiaozuobiaojiqirenfangmiangongzuosuojileideyixiejingyan，womenhaiyoushubaigechenggongyingyonganli，huanyingganxingqudepengyouyushenyangbaigejiqirengongsiyiqifenxitantao
，gongtongtuidongzhijiaozuobiaojiqirenzaiguoneigexingyedeyingyong。