24米長(zhǎng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)施
2008/10/14 15:40:00
在很多應(yīng)用場(chǎng)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(gè)20*10米的大平臺(tái)，且要能運(yùn)動(dòng)20*10米。還有的用戶要做一個(gè)10米行程的數(shù)控鉆或數(shù)控銑。在精密策略，質(zhì)量檢測(cè)和無(wú)損探傷等的應(yīng)用中有時(shí)要在10*4*3米的三維空間內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)。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(tái)要求總長(zhǎng)度是24米的數(shù)控切割機(jī)器人為例來(lái)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(zhǎng)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(dòng)平臺(tái)要裝在一個(gè)金屬支架平臺(tái)上，使得整個(gè)兩根24米PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸全部放置在支架平臺(tái)上，任何部位不會(huì)有下降彎曲發(fā)生。由于負(fù)載大約在700公斤，所以每個(gè)PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸上帶有3個(gè)滑塊，共計(jì)6個(gè)滑塊來(lái)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(qǐng)見(jiàn)附件說(shuō)明書。當(dāng)每根PAS44BB采用3個(gè)滑塊剛性連接時(shí)其負(fù)載能力要提高5倍以上。所以單根PAS44BB配3個(gè)滑塊時(shí)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(shí)，其帶負(fù)載能力要達(dá)到1000公斤。每個(gè)PAS44BB里面采用THK SHS 25導(dǎo)軌和兩個(gè)滑塊。單根THK SHS 25導(dǎo)軌單個(gè)滑塊時(shí)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(shí)的動(dòng)載荷為：C=3.68 KN = 368公斤。而且一根PAS44BB要用兩個(gè)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(dòng)軸帶三個(gè)滑塊，對(duì)應(yīng)實(shí)際上是6個(gè)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(dòng)軸PAS44BB并排剛性連接起來(lái)使用時(shí)，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(dòng)方式
這里采用齒輪齒條的方式來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)，采用國(guó)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(jí)都被國(guó)內(nèi)數(shù)控切割機(jī)行業(yè)和用戶所接受。下圖是一個(gè)齒輪齒條傳動(dòng)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(dòng)的抓取軸
四 級(jí)連方式
由于單根PAS44BB最大長(zhǎng)度為6米，本項(xiàng)目要把6根PAS44BB連起來(lái)形成總長(zhǎng)24米。這樣兩根24米的直線運(yùn)動(dòng)單元再如圖1所示的方式并排連接起來(lái)。
由于所采用的直線導(dǎo)軌單根長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)直線運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度的機(jī)器人，如瑞典某公司4臺(tái)18米有效行程的數(shù)控火焰切割機(jī)。
圖3 運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)齒輪就被國(guó)內(nèi)一些數(shù)控廠家多年長(zhǎng)期采用，其傳動(dòng)精度被全部用戶所接收，加上按要求來(lái)選配高精度的齒輪齒條，所以精度不是問(wèn)題。對(duì)于寬度大的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)要在兩側(cè)分別加上齒輪齒條，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。本公司有幾位在沈陽(yáng)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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