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。

　　直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren主zhu要yao由you一yi些xie直zhi線xian運yun動dong單dan元yuan及ji其qi組zu合he
，驅qu動dong電dian機ji，控kong製zhi係xi統tong和he末mo端duan操cao作zuo器qi組zu成cheng。針zhen對dui不bu同tong的de應ying用yong，可ke以yi方fang便bian快kuai速su組zu合he成cheng不bu同tong結jie構gou形xing式shi，不bu同tong維wei數shu，不bu同tong行xing程cheng和he不bu同tong帶dai載zai能neng力li的de直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren。從cong化hua妝zhuang品pin生sheng產chan到dao汽qi車che和he手shou機ji的de裝zhuang配pei等deng各ge行xing業ye的de自zi動dong化hua生sheng產chan線xian中zhong

，都dou有you各ge式shi各ge樣yang的de多duo台tai直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren和he其qi它ta設she備bei嚴yan格ge同tong步bu協xie調tiao工gong作zuo，我wo們men成cheng功gong完wan成cheng了le數shu百bai種zhong結jie構gou形xing式shi的de應ying用yong案an例li。可ke以yi說shuo直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren幾ji乎hu能neng勝sheng任ren所suo有you的de工gong業ye自zi動dong化hua任ren務wu。下xia麵mian是shi其qi主zhu要yao特te點dian：

　　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10duonianzhonggongsipairendaodeguobaigelagongsipeixunhedeguozhuanjiadaozhongguoweiyonghuchujinxingpeixunhebianchengdengfuwu，shiwomenconglejiefenxirenwu，xuanzeshejijiqiren
，daoyonghuchuanzhuangtiaoshizhidaodadaoshejiyaoqiu
，womenbuduanjileijingyan，tigaofuwunengli，xiamianjiujieshaoruhexuanzeheshidezhijiaozuobiaojiqiren。

　　二、直角坐標機器人的選型

　　1 使用要求分析

　　對dui於yu選xuan型xing的de人ren員yuan首shou先xian要yao有you物wu理li運yun動dong學xue基ji礎chu，材cai料liao力li學xue基ji礎chu，伺si服fu驅qu動dong器qi使shi用yong和he數shu控kong係xi統tong的de應ying用yong經jing驗yan，但dan最zui主zhu要yao是shi把ba用yong戶hu的de問wen題ti和he要yao求qiu等deng了le解jie清qing楚chu。對dui於yu簡jian單dan任ren務wu和he有you經jing驗yan的de工gong程cheng師shi通tong過guo電dian話hua和he郵you件jian就jiu可ke以yi溝gou通tong好hao，而er對dui複fu雜za的de任ren務wu要yao到dao現xian場chang雙shuang方fang共gong同tong分fen析xi和he製zhi定ding任ren務wu描miao述shu，給gei出chu具ju體ti合he理li的de要yao求qiu。下xia麵mian是shi所suo需xu要yao的de主zhu要yao信xin息xi：

　　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”中zhong獲huo得de的de信xin息xi資zi料liao來lai選xuan擇ze機ji器qi人ren的de結jie構gou形xing式shi。原yuan則ze上shang盡jin可ke能neng選xuan擇ze龍long門men式shi直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren，但dan有you時shi受shou工gong作zuo空kong間jian限xian製zhi必bi須xu選xuan擇ze懸xuan臂bi式shi等deng。在zai食shi品pin搬ban運yun和he玻bo璃li切qie割ge等deng項xiang目mu中zhong會hui產chan生sheng大da量liang粉fen末mo,shanghaiyundongzhoulimiandedaogui
，cishizuihaocaiyongdiaoguashijiqiren。youshigenjufuzaijiyundongjulihekongjianxianzhibixuxuanyongguabishi。genjujiqirendegongzuorenwulaiquedingfuzaideyundongweizhijingduyaoqiu，yaokaolvjiansushihuangdongchanshengdeweizhiwucha。genjujiqirendegongzuorenwujiqigongzuokongjianshangdexianzhilaiquedingyundongzhoushuliangjigeziyundongxingcheng。

　　3 規劃運動軌跡及運動速度

　　根(gen)據(ju)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)工(gong)作(zuo)任(ren)務(wu)和(he)空(kong)間(jian)限(xian)製(zhi)來(lai)規(gui)劃(hua)運(yun)動(dong)軌(gui)跡(ji)。盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)少(shao)運(yun)動(dong)距(ju)離(li)，對(dui)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)要(yao)求(qiu)嚴(yan)的(de)應(ying)用(yong)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)運(yun)用(yong)多(duo)軸(zhou)同(tong)時(shi)運(yun)動(dong)來(lai)減(jian)少(shao)運(yun)動(dong)時(shi)間(jian)和(he)降(jiang)低(di)運(yun)動(dong)速(su)度(du)。抓(zhua)取(qu)負(fu)載(zai)後(hou)運(yun)動(dong)速(su)度(du)要(yao)低(di)，空(kong)載(zai)返(fan)回(hui)原(yuan)始(shi)點(dian)時(shi)要(yao)快(kuai)。負(fu)載(zai)大(da)時(shi)加(jia)速(su)度(du)和(he)減(jian)速(su)度(du)要(yao)小(xiao)，盡(jin)可(ke)能(neng)避(bi)免(mian)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)的(de)衝(chong)擊(ji)力(li)。根(gen)據(ju)上(shang)麵(mian)的(de)原(yuan)則(ze)給(gei)出(chu)各(ge)段(duan)運(yun)動(dong)的(de)速(su)度(du)，加(jia)速(su)度(du)和(he)減(jian)速(su)度(du)。各(ge)個(ge)運(yun)動(dong)段(duan)間(jian)盡(jin)可(ke)能(neng)平(ping)穩(wen)變(bian)速(su)以(yi)保(bao)證(zheng)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi),jianshaochongjiliheyunxingzaoyin。zaiyundongsudufenpeishiyaochongfenkaolvgegeyundongguochengyuqitashebeijiandetongbuxietiaoshijian，erqieguihuadeyundongshijianyaobiyonghuyaoqiudeshijianduanxie。

　　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chuXYZ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）

　　在(zai)很(hen)多(duo)任(ren)務(wu)中(zhong)可(ke)以(yi)允(yun)許(xu)在(zai)運(yun)動(dong)中(zhong)有(you)一(yi)定(ding)量(liang)的(de)變(bian)形(xing)，但(dan)在(zai)玻(bo)璃(li)切(qie)割(ge)機(ji)等(deng)數(shu)控(kong)設(she)備(bei)類(lei)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)是(shi)不(bu)允(yun)許(xu)產(chan)生(sheng)變(bian)形(xing)的(de)。為(wei)此(ci)我(wo)們(men)要(yao)根(gen)據(ju)前(qian)麵(mian)求(qiu)出(chu)的(de)最(zui)大(da)力(li)來(lai)查(zha)看(kan)各(ge)種(zhong)型(xing)號(hao)運(yun)動(dong)軸(zhou)的(de)變(bian)形(xing)量(liang)曲(qu)線(xian)。必(bi)要(yao)時(shi)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)加(jia)強(qiang)型(xing)，付(fu)加(jia)加(jia)強(qiang)板(ban)等(deng)，詳(xiang)情(qing)請(qing)與(yu)沈(shen)陽(yang)百(bai)格(ge)機(ji)器(qi)人(ren)公(gong)司(si)周(zhou)文(wen)寶(bao)聯(lian)係(xi)。

　　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，fouzeyingxiangqigaodongtaitexing。danzhuandongguanliangbidayushangmiandeshuzhishi，yaojiadeguoniukategongsidejingmixingxingjiansuji。zaibuchaoguoqudongdianjizuigaozhuansuxianzhiqingkuangxia，yaojinliangxuanzedajiansubidejiansuji。weilebaozhenggaodedongtaitexing，baozhengzaiyuedingdeshijianneiwanchengrenwu
，qudongdianjidezuidachuliyaobililunjisuanzhizhishaogaochu85%。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。haiyaokaolvsuoxuanzedesifudianjinengyudeguoniukategongsidejingmixingxingjiansujipipei
，jiansujiyaonenganzhuangdaoqudongzhoushang，jidianjidekongzhifangshiyushukongxitongxiangpeihe。youguanqudongdianjihejiansujidexiangxijishushujuheshiyongzhuyishixiangqingyushenyangbaigejiqirengongsilianxi。

　　7 確定機器人的結構及各個運動軸

　　根據上麵6gefangmiandexinxiheshujujiukeyizuizhongxuandingjiqirendejiegouxingshijimeigeyundongzhoudejutixinghaohechangdudeng，tongchangwomennengcongtupiankuzhongzhaochutongyangjiegoudezhaopian

，zhelidezhaopianshizhiCAD圖tu或huo以yi往wang用yong戶hu機ji器qi人ren的de照zhao片pian。還hai要yao設she計ji好hao各ge個ge軸zhou間jian的de連lian接jie板ban，不bu僅jin要yao考kao慮lv機ji械xie方fang麵mian的de裝zhuang配pei配pei合he精jing度du
，材cai料liao的de物wu理li強qiang度du，連lian接jie螺luo絲si杆gan的de拉la力li等deng，更geng要yao考kao慮lv在zai主zhu要yao受shou衝chong擊ji方fang向xiang加jia大da加jia強qiang連lian接jie板ban
，必bi要yao時shi增zeng加jia連lian接jie板ban。主zhu要yao螺luo絲si杆gan和he螺luo絲si帽mao要yao加jia膠jiao，以yi防fang長chang期qi振zhen動dong後hou變bian鬆song動dong。

　　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24xiaoshi
，suoyijiqirenbixubeilaogudianzhuangzaizhijiashang。jiqirendezhijiayaoyouzugoudekangchongjili，yaoyoudijiao
，yibaozhengzaichangqigaosugaodongtaiyundongchongjixia，meiyourenhehuangdong。ciwaizaianzhuangshiyaobaozhengyundongzhoujiandepingxingdu、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

　　genjuqijutiyingyongqingkuang
，qishouzhaoxitongkenengshiqidongxipan，qidongjiaqushouzhao，diandongjiaqushouzhao，diancixiqushouzhao，hanqiang，jiaoqiang，zhuanyonggongjuhejianceyiqideng。zaihenduochanghekeyiyicizhuaquduogegongjian。

　　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ren12年(nian)來(lai)從(cong)事(shi)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)方(fang)麵(mian)工(gong)作(zuo)所(suo)積(ji)累(lei)的(de)一(yi)些(xie)經(jing)驗(yan)，我(wo)們(men)還(hai)有(you)數(shu)百(bai)個(ge)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)案(an)例(li)，歡(huan)迎(ying)感(gan)興(xing)趣(qu)的(de)朋(peng)友(you)與(yu)沈(shen)陽(yang)百(bai)格(ge)機(ji)器(qi)人(ren)公(gong)司(si)一(yi)起(qi)分(fen)析(xi)探(tan)討(tao)
，共(gong)同(tong)推(tui)動(dong)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)國(guo)內(nei)各(ge)行(xing)業(ye)的(de)應(ying)用(yong)。