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直角坐標機器人的設計方法
直角坐標機器人概念：
工業應用中，能夠實現自動控製的、可重複編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關係、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操cao作zuo工gong具ju，以yi完wan成cheng各ge種zhong作zuo業ye。關guan於yu機ji器qi人ren的de定ding義yi隨sui著zhe科ke技ji的de不bu斷duan發fa展zhan，在zai不bu斷duan的de完wan善shan，直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren作zuo為wei機ji器qi人ren的de一yi種zhong，其qi含han義yi也ye在zai不bu斷duan的de完wan善shan中zhong。
典型直角坐標機器人圖一
直角坐標機器人的特點：
1、自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角；
2、自動控製的，可重複編程，所有的運動均按程序運行；
3、一般由控製係統、驅動係統、機械係統、操作工具等組成。
4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。
5、高可靠性、高速度、高精度。
6、可用於惡劣的環境，可長期工作，便於操作維修。
直角坐標機器人的應用：
因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴塗、目標跟隨、排爆等一係列工作。特別適用於多品種、便批量的柔性化作業，對於穩定提高產品質量，提高勞動生產率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。
直角坐標機器人的應用圖二
suizhezhijiaozuobiaojiqirendeyingyongyuelaiyueguangfan，zhijiaozuobiaojiqirendeshejigongzuoriyixiandezhongyao。chenggongdeshejiyitaizhijiaozuobiaojiqirenshejidaohenduofangmiandegongzuo，baokuojixiejiegou、動力驅動、伺服控製等等。沈陽力拓自動化控製技術有限公司有著多年直角坐標機器人技術應用、數控技術和產品研發經驗，我們依托德國BAHR公司直線定位係統性及機械手臂開發出了價比優良的係列數控直角坐標機器人，被廣泛地應用在汽車、電子、電器、檢測、醫療、航天、食品等各個領域的生產線上。
下麵我們就對直角坐標機器人的設計進行一個簡要的闡述。
一、機器人設計特點：
1、機器人的設計是一個複雜的工作，工作量很大，涉及的知識麵很多，往往需要多人完成。
2、機器人設計是麵向客戶的設計，不是閉門造車。設計者需要經常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。
3、機(ji)器(qi)人(ren)設(she)計(ji)是(shi)麵(mian)向(xiang)加(jia)工(gong)的(de)設(she)計(ji)，再(zai)好(hao)的(de)設(she)計(ji)，如(ru)果(guo)工(gong)廠(chang)不(bu)能(neng)加(jia)工(gong)出(chu)產(chan)品(pin)，設(she)計(ji)也(ye)是(shi)失(shi)敗(bai)的(de)，設(she)計(ji)者(zhe)需(xu)要(yao)掌(zhang)握(wo)大(da)量(liang)的(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)及(ji)加(jia)工(gong)手(shou)段(duan)。
4、機器人設計是一個不斷完善的過程。
二、機器人設計流程：
1、使用要求的分析：每一個機器人都是根據特定的要求的產生而設計的，設計的第一步就是要將使用要求分析清楚，確定設計時需要考慮的參數，包括：
機器人的定位精度，重複定位精度；
機器人的負載大小，負載特性；
機器人運動的自由度數量，每自由度的運動行程；
機器人的工作周期或運動速度，加減速特性；
機器人的運動軌跡，動作的關聯；
機器人的工作環境、安裝方式；
機器人的運行工作製、運行壽命；
其他特殊要求；
2、 本機械模型初建：機器人從機械結構分大體可分為龍門結構、壁掛結構，垂掛結構，根據安裝空
間的要求選擇不同的結構，每種結構的力學特性、運動特性都是不一樣的。後續的設計必須是基於一個確定的結構。
機器人的基本結構圖三
3、運動性能計算：有關該性能的參數有：
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為運動行程
t為定位運動時間
F加速時的驅動力
M運動物體質量和
4、力學特性分析
一個機器人是由許多定位單元組成的，每根定位係統都要分析。需要分析的項目如下：
水平推力Fx
力學分析圖五
正壓力Fz
側壓力Fy
Mx、My、Mz
5、機械強度校核：
每個定位單元，每個梁都要進行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。
1） 撓度變形計算
撓度變形圖六
F：負載（N）；
L：定位單元長度（mm）；
E：材料彈性模量；
I：材料截麵慣性矩(mm4)；
f：撓度形變（mm）
注意：在計算撓度形變時，梁的自重產生的變形不能忽視，梁的自重按均布載荷計算。
以yi上shang公gong式shi計ji算suan的de是shi靜jing態tai形xing變bian，實shi際ji應ying用yong中zhong，因yin為wei機ji器qi人ren一yi直zhi處chu於yu運yun動dong狀zhuang態tai，必bi須xu計ji算suan加jia速su力li產chan生sheng的de形xing變bian，形xing變bian直zhi接jie影ying響xiang機ji器qi人ren的de運yun行xing精jing度du。
2）扭轉形變計算：
當(dang)一(yi)根(gen)梁(liang)的(de)一(yi)端(duan)固(gu)定(ding)，另(ling)一(yi)端(duan)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)繞(rao)軸(zhou)扭(niu)矩(ju)後(hou)，將(jiang)產(chan)生(sheng)扭(niu)曲(qu)變(bian)形(xing)。實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)產(chan)生(sheng)該(gai)形(xing)變(bian)的(de)原(yuan)因(yin)一(yi)般(ban)是(shi)負(fu)載(zai)偏(pian)心(xin)或(huo)有(you)繞(rao)軸(zhou)加(jia)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)物(wu)體(ti)存(cun)在(zai)。
扭轉力矩分析圖七、八
6、驅動元件選擇
常用的驅動係統有：交流/支流伺服電機驅動係統、步進電機驅動係統、直線伺服電機/直線步進電機驅動係統。
每(mei)一(yi)個(ge)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)都(dou)由(you)電(dian)機(ji)和(he)驅(qu)動(dong)器(qi)兩(liang)部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)將(jiang)弱(ruo)電(dian)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)，將(jiang)其(qi)加(jia)載(zai)在(zai)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)的(de)強(qiang)電(dian)上(shang)，驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)。電(dian)機(ji)則(ze)是(shi)將(jiang)電(dian)信(xin)號(hao)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)精(jing)確(que)的(de)速(su)度(du)及(ji)角(jiao)位(wei)移(yi)。
需要計算的項目如下：
電機功率：
電機扭矩：
電機轉速：
減速機減速比
電機慣量/負載慣量的匹配關係
其他計算公式及計算方法請與上海眾拓公司聯係。
7、機械結構設計
zaiwanchengleqianmianliuxianggongzuohou，yigezhijiaozuobiaojiqirendingweixitongdechuxingjiuyijingzaishejizhedetounaozhongxingchengle，jiexialaidegongzuojiushijiangchuxinghuachenggongchengtu，yibianshengchan。womenjianyiyonghuyongsanweiruanjiansheji，yibianjianzhashifoucunzaiweizhiganshe。
機器人的運動軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一個位置不存在位置幹涉，但到下一個位置就幹涉了。
8、設備壽命校核
機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)後(hou)，要(yao)對(dui)整(zheng)台(tai)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)壽(shou)命(ming)計(ji)算(suan)，核(he)心(xin)元(yuan)件(jian)的(de)壽(shou)命(ming)到(dao)要(yao)計(ji)算(suan)，如(ru)機(ji)器(qi)人(ren)軌(gui)道(dao)的(de)壽(shou)命(ming)，減(jian)速(su)機(ji)的(de)壽(shou)命(ming)，伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)壽(shou)命(ming)等(deng)。
機器人的運行壽命與運行速度、負載大小、結構形式、工作環境、工作製等有關。
如果發現機器人的運行壽命太短，需要重新調整設計。
具體計算方法請與沈陽力拓公司聯係。
9、控製係統的選擇
沒mei有you控kong製zhi係xi統tong的de機ji器qi人ren就jiu象xiang人ren沒mei有you大da腦nao一yi樣yang，不bu能neng執zhi行xing任ren何he動dong作zuo。所suo以yi我wo們men通tong常chang將jiang沒mei有you配pei備bei控kong製zhi係xi統tong的de機ji械xie結jie構gou稱cheng為wei裸luo機ji或huo機ji器qi人ren定ding位wei係xi統tong（robot positioning system）。
根據要求的不同，控製係統的選擇也不同，通常選擇作為控製係統的產品有：
PLC 程序控製器；
工業運動控製卡（motion card）;
數字控製係統(CNC)
專於控製器
10、程序編寫
控製係統是機器人的大腦，程序是機器人的思想。程序的編寫直接反應設計者的思想、意圖和運動需求。
編寫程序是一個複雜的過程，但隻要機器人總體設計沒有問題，程序總會編出來的。編程序要注意以下問題：
對任務的分析要清晰，編程層次要分明，邏輯清晰。
結束語：
機(ji)器(qi)人(ren)的(de)設(she)計(ji)是(shi)一(yi)個(ge)不(bu)斷(duan)熟(shu)悉(xi)，不(bu)斷(duan)完(wan)善(shan)的(de)過(guo)程(cheng)，需(xu)要(yao)不(bu)斷(duan)在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)總(zong)結(jie)提(ti)高(gao)。內(nei)容(rong)龐(pang)雜(za)，細(xi)節(jie)眾(zhong)多(duo)。本(ben)文(wen)隻(zhi)是(shi)做(zuo)了(le)些(xie)簡(jian)單(dan)的(de)介(jie)紹(shao)，有(you)興(xing)趣(qu)朋(peng)友(you)可(ke)與(yu)我(wo)們(men)聯(lian)係(xi)（lt.sy@126.com），索取詳細的設計資料。
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