一种双执行器直角坐标机器人的设计.pdf

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1、第５期（总第１９８期）机械工程与自动化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０５-０１１７-０２一种双执行器直角坐标机器人的设计王慰军，金勤晓，张驰（中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波３１５２０１）摘要：设计了一种具有双执行器的直角坐标机器人，该机器人具有高速、高定位精度以及高的动态响应性。通过ＡＮＳＹＳ软件对机器人横梁进行了计算分析，验证了结构设计的合理性。关键词：双执行器；直角坐标机器人；设计中图分类号：ＴＰ２４２．６文

2、献标识码：Ａ0引言自动化程度提供了理想的解决方案。直角坐标机器人直角坐标机器人属于工业机器人的一种，从结构的外形结构示意图如图１所示。［１］形式上可以分为龙门式、悬臂式和挂壁式三类，它已广泛地应用于机床上下料、搬运、检测、包装以及产品装配等多个行业，对于提高工厂自动化程度以及减轻工人的劳动强度具有十分重要的意义。目前的各类直角坐标机器人大多只具有单个执行器，并且在各移动轴传动方面仍采用滚珠丝杠传动、同步带传动或者齿［２］轮齿条传动等这几种方式，这就决定了它们无法实现高速、高效、高精度的运动。为此，我们基于直线电机直驱技术设计了一种

3、具有双执行器的直角坐标机器人，样机试运行结果表明它可以实现高速、高精度以及图１直角坐标机器人的外形结构示意图高效的运动并能够完成复杂的工序作业。2直线驱动单元设计1直角坐标机器人结构的设计２．１X轴直线驱动单元设计根据机器人工作时所要求达到的高速度、高精度本文所设计的直角坐标机器人在X轴方向的行［３］以及高效率，整体框架布局采用龙门式结构，设置X程为１ｍ，该方向上最快移动速度为２ｍ／ｓ，加速度为轴、Y轴和Z轴三个方向的运动自由度。X轴、Y轴驱１０ｍ／ｓ２，重复定位精度为±０．０２ｍｍ。由于传统驱动动采用直线电机，Z轴驱动采用电动执

4、行器，驱动电机与传动方式满足不了这些要求，为了实现这些技术参为伺服电机并配有编码器。为了保证X轴、Y轴的运数，采用直线电机直驱的方式，把直线电机的定子安装动及定位精度，分别在X轴底座和Y轴横梁上设置光在底座上，动子与立柱连接，每个底座上设置两条直线栅尺，用以检测立柱及横梁所组成的框架以及横梁上导轨，导轨上的滑块与立柱下方连接。这样可以保证左、右两个滑座的移动位置。Y轴的驱动直线电机采龙门框架在移动时电机部分无摩擦，摩擦只产生在导用一根光轴和两个动子的形式，两个动子上分别连接轨部分，因此只要直线导轨的精度等级以及装配精度两个滑座，滑

5、座上分别安装两个电动执行器，电动执行满足要求，整个运动副所产生的摩擦会非常小，有利于器下方安装两个电动爪，通过电动执行器驱动电机带长时间、高精度、低噪声平稳地运行。为了达到精确的动两个电动爪沿着Z轴上下移动。电动爪可以通过运动与定位精度，在底座的凹槽上设置一个光栅尺，用它上面的电机控制张开或闭合来实现对物料的抓取或来检测直线电机动子的运动位置，然后实时传送给控松开。所选用的电动爪为ＳＭＣ公司产品，型号为制系统以便做出相应的位置控制。在底座的两端分别ＬＥＹＧ３２ＭＢ-２００Ｂ-Ｓ５１Ｐ５，它具有落下防止功能、夹持设置３个光电开关，用

6、来标记前极限位置、零点初始位确认功能、自锁功能，夹紧力可控制并且可根据所夹持置以及后极限位置，当安装在立柱连接板上的触片进零件的形状配置不同类型的扩展接口。通过两个电动入光电开关的凹槽中时就会触发相应信号。此外，除爪的联动配合，可以实现复杂的工序作业，为提高工厂了两处软极限位置，还在两端附近设置有相应的硬极收稿日期：２０１６-０２-２０；修订日期：２０１６-０７-１８作者简介：王慰军（１９８１-），男，浙江宁波人，工程师，硕士，主要研究方向为机器人及自动化装备。・１１８・机械工程与自动化２０１６年第５期限位置，用来对移动部件进行相

7、应的冲程防护。X轴均满足最小变形与应力的设计要求。驱动单元底座截面形状及其上的相关零件如图２所示。图３Y轴直线驱动单元横梁截面形状及其上的相关零件图２X轴驱动单元底座截面形状及其上的相关零件２．２Y轴直线驱动单元设计直角坐标机器人在Y轴方向的总行程为１．５ｍ，该方向上设计的最快移动速度为１．５ｍ／ｓ，加速度为２１０ｍ／ｓ，重复定位精度为±０．０２ｍｍ。这里采用的驱动方式为轴式直线电机，所使用的动子数量为２。每个动子上连接一个滑座，滑座上安装一个电动执行器，电动执行器末端安装一个电动爪。通过直线电机带动电动爪沿着Y轴方向移动，通过控

8、制直线电机两个动子就可以实现两个电动爪之间的联动，用以实现复杂的工序作业。为了保证两个电动爪沿着Y轴方向移动的位置精度，在横梁前部设置一个光栅尺，对电动爪的Y方向位移进行实时检测，然后传送给控制系统以便做出相应的位置控制。横梁的两端设置３个光电开关