24米長機(jī)器人運(yùn)動平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)施
2008/10/14 15:40:00
在很多應(yīng)用場合要求有幾十米行程的切割機(jī)，鉆孔機(jī)和銑削加工設(shè)備。有的應(yīng)用要做成一個20*10米的大平臺，且要能運(yùn)動20*10米。還有的用戶要做一個10米行程的數(shù)控鉆或數(shù)控銑。在精密策略，質(zhì)量檢測和無損探傷等的應(yīng)用中有時要在10*4*3米的三維空間內(nèi)任意運(yùn)動。在這些超大行程的應(yīng)用中采用傳統(tǒng)的機(jī)床式結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)或成本太高。而采用直角坐標(biāo)機(jī)器人則可以方便地實(shí)現(xiàn)這些要求。本文就以一臺要求總長度是24米的數(shù)控切割機(jī)器人為例來介紹如何實(shí)現(xiàn)超大行程的。
一 結(jié)構(gòu)形式
這里采用兩根PAS44BB結(jié)構(gòu)，把它們并排擺放，每1~2米遠(yuǎn)（可以按要求變化長度）加一連接鋁材，形成圖1所示的結(jié)構(gòu)方式。機(jī)器人運(yùn)動平臺要裝在一個金屬支架平臺上，使得整個兩根24米PAS44BB運(yùn)動軸全部放置在支架平臺上，任何部位不會有下降彎曲發(fā)生。由于負(fù)載大約在700公斤，所以每個PAS44BB運(yùn)動軸上帶有3個滑塊，共計(jì)6個滑塊來保證帶負(fù)載能力和運(yùn)行的平穩(wěn)性。
圖1：兩根PAS44BB并排擺放原理結(jié)構(gòu)圖
二 負(fù)載能力
PAS44BB的技術(shù)數(shù)據(jù)請見附件說明書。當(dāng)每根PAS44BB采用3個滑塊剛性連接時其負(fù)載能力要提高5倍以上。所以單根PAS44BB配3個滑塊時其帶負(fù)載能力要達(dá)到500公斤以上。當(dāng)采用采用兩根PAS44BB結(jié)構(gòu)，把它們并排擺放時，其帶負(fù)載能力要達(dá)到1000公斤。每個PAS44BB里面采用THK SHS 25導(dǎo)軌和兩個滑塊。單根THK SHS 25導(dǎo)軌單個滑塊時最大理論載荷為：C=36.8 KN, C0=64.7 KN (千牛頓)。在機(jī)床上通常把這一數(shù)據(jù)除于10，這時的動載荷為：C=3.68 KN = 368公斤。而且一根PAS44BB要用兩個滑塊，但由于高速可達(dá)每秒5米，加速度達(dá)每秒4米，所以為了安全在機(jī)器人上就考慮為100公斤（機(jī)床上要達(dá)500~1000公斤）。我們每根運(yùn)動軸帶三個滑塊，對應(yīng)實(shí)際上是6個THK滑塊，所以其負(fù)載能力至少要達(dá)到800~1000公斤。當(dāng)把兩根運(yùn)動軸PAS44BB并排剛性連接起來使用時，其負(fù)載能力可以增加2倍，所以這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)其負(fù)載能力可增加到2噸。
三 驅(qū)動方式
這里采用齒輪齒條的方式來進(jìn)行傳動，采用國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)所用產(chǎn)品，其承受的最大推力和精度等級都被國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)行業(yè)和用戶所接受。下圖是一個齒輪齒條傳動例子，本項(xiàng)目齒輪齒條要放在側(cè)面。
圖2：以齒輪齒條方式傳動的抓取軸
四 級連方式
由于單根PAS44BB最大長度為6米，本項(xiàng)目要把6根PAS44BB連起來形成總長24米。這樣兩根24米的直線運(yùn)動單元再如圖1所示的方式并排連接起來。
由于所采用的直線導(dǎo)軌單根長度是4米，要保證在兩根PAS44BB鋁材接頭處有一完整的直線導(dǎo)軌，保證使其通過接頭處運(yùn)行平穩(wěn)。由右面圖所示其鋁型材有標(biāo)準(zhǔn)的連接方式，圖中兩處帶紅色字母A的位置是直線導(dǎo)軌連接處，必須連接的。圖中兩處帶紅色字母B的位置和兩處帶紅色字母C的位置是可選的，或B處或C處加入大約500mm長的標(biāo)準(zhǔn)連接件，外面用精密螺絲桿擰緊。這樣的連接方式保證整24米長直線運(yùn)動單元的直線度和平面度。采用這樣的連接方式百格拉給很多公司提供了超長度的機(jī)器人，如瑞典某公司4臺18米有效行程的數(shù)控火焰切割機(jī)。
圖3 運(yùn)動單元的截面圖
五 精度保證
由于定位精度主要受所建議采用的齒輪齒條及傳動齒輪的精度和其裝配精度所決定。而建議采用的齒輪齒條及傳動齒輪就被國內(nèi)一些數(shù)控廠家多年長期采用，其傳動精度被全部用戶所接收，加上按要求來選配高精度的齒輪齒條，所以精度不是問題。對于寬度大的運(yùn)動平臺要在兩側(cè)分別加上齒輪齒條，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同時驅(qū)動，保證運(yùn)動的平穩(wěn)性。本公司有幾位在沈陽機(jī)床廠多年從事裝配工作和沈飛從事設(shè)計(jì)的人員，完全能勝任其設(shè)計(jì)，連接<
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