一 直角坐標(biāo)機(jī)器人的定義及主要特點(diǎn)
機(jī)器人按ISO8373定義為：位置可以固定或移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個(gè)或3個(gè)以上自由度 內(nèi)可編程的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。這里自由度就是指可運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。直角坐標(biāo)機(jī)器人是以直線運(yùn)動(dòng)軸為主，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸通常對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸。 在絕大多數(shù)情況下直角坐標(biāo)機(jī)器人的各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸間的夾角為直角。
直角坐標(biāo)機(jī)器人主要由一些直線運(yùn)動(dòng)單元及其組合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對(duì)不同的應(yīng)用，可以方便快速組合成不同結(jié)構(gòu)形式，不同 維數(shù)，不同行程和不同帶載能力的直角坐標(biāo)機(jī)器人。從化妝品生產(chǎn)到汽車和手機(jī)的裝配等各行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，都有各式各樣的多臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人和其它設(shè)備 嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作，我們成功完成了數(shù)百種結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用案例?？梢哉f(shuō)直角坐標(biāo)機(jī)器人幾乎能勝任所有的工業(yè)自動(dòng)化任務(wù)。下面是其主要特點(diǎn)：
1 任意組合成多種結(jié)構(gòu)樣式，不同帶載能力和行程的機(jī)器人。
2 采用多根直線運(yùn)動(dòng)單元級(jí)連和齒輪齒條傳動(dòng)，可以形成幾十米的超大行程機(jī)器人。
3 采用多根直線運(yùn)動(dòng)單元并連及帶多滑塊結(jié)構(gòu)其負(fù)載能力可增加到數(shù)噸。
4 理論上最大運(yùn)行速度可達(dá)到每秒8米，加速度可達(dá)到每秒20米。
5 重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm~0.01mm。
6 采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復(fù)雜軌跡的工作。
沈陽(yáng)百格機(jī)器人有限公司從1995年以來(lái)代理銷售德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人，配合不同行業(yè)的用戶成功地解決了他們的自動(dòng)化任務(wù)。加上這 10多年中公司派人到德國(guó)百格拉公司培訓(xùn)和德國(guó)專家到中國(guó)為用戶處進(jìn)行培訓(xùn)和編程等服務(wù)，使我們從了解分析任務(wù)，選擇設(shè)計(jì)機(jī)器人，到用戶處安裝調(diào)試直到達(dá) 到設(shè)計(jì)要求，我們不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高服務(wù)能力，下面就介紹如何選擇合適的直角坐標(biāo)機(jī)器人。
二、直角坐標(biāo)機(jī)器人的選型
1 使用要求分析
對(duì)于選型的人員首先要有物理運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)，材料力學(xué)基礎(chǔ)，伺服驅(qū)動(dòng)器使用和數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但最主要是把用戶的問(wèn)題和要求等了解清楚。對(duì)于簡(jiǎn) 單任務(wù)和有經(jīng)驗(yàn)的工程師通過(guò)電話和郵件就可以溝通好，而對(duì)復(fù)雜的任務(wù)要到現(xiàn)場(chǎng)雙方共同分析和制定任務(wù)描述，給出具體合理的要求。下面是所需要的主要信息：
機(jī)器人的工作過(guò)程，
手抓和負(fù)載的總重量，
一個(gè)完整的工作周期是多少，可能分解成的子運(yùn)動(dòng)及對(duì)應(yīng)的時(shí)間，
運(yùn)動(dòng)和取抓過(guò)程中與其它設(shè)備的同步/握手要求，
各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的有效運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度及允許的最大運(yùn)行速度及加減速度，
機(jī)器人工作周圍空間上的限制，
使用環(huán)境有粉末，高溫，水和濕度等特殊防護(hù)要求，
2 機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式選擇
根據(jù)前面“使用要求分析”中獲得的信息資料來(lái)選擇機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式。原則上盡可能選擇龍門式直角坐標(biāo)機(jī)器人，但有時(shí)受工作空間限制必須選擇懸臂 式等。在食品搬運(yùn)和玻璃切割等項(xiàng)目中會(huì)產(chǎn)生大量粉末,傷害運(yùn)動(dòng)軸里面的導(dǎo)軌，此時(shí)最好采用吊掛式機(jī)器人。有時(shí)根據(jù)負(fù)載及運(yùn)動(dòng)距離和空間限制必須選用掛臂 式。根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)來(lái)確定負(fù)載的運(yùn)動(dòng)位置精度要求，要考慮減速時(shí)晃動(dòng)產(chǎn)生的位置誤差。根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)及其工作空間上的限制來(lái)確定運(yùn)動(dòng)軸數(shù)量及 各自運(yùn)動(dòng)行程。
3 規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)速度
根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和空間限制來(lái)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡。盡可能減少運(yùn)動(dòng)距離，對(duì)工作周期要求嚴(yán)的應(yīng)用要盡可能運(yùn)用多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)來(lái)減少運(yùn)動(dòng)時(shí)間和降低運(yùn) 動(dòng)速度。抓取負(fù)載后運(yùn)動(dòng)速度要低，空載返回原始點(diǎn)時(shí)要快。負(fù)載大時(shí)加速度和減速度要小，盡可能避免產(chǎn)生巨大的沖擊力。根據(jù)上面的原則給出各段運(yùn)動(dòng)的速度， 加速度和減速度。各個(gè)運(yùn)動(dòng)段間盡可能平穩(wěn)變速以保證工作周期,減少?zèng)_擊力和運(yùn)行噪音。在運(yùn)動(dòng)速度分配時(shí)要充分考慮各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程與其它設(shè)備間的同步協(xié)調(diào)時(shí) 間，而且規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)時(shí)間要比用戶要求的時(shí)間短些。
4 受力分析
根據(jù)速度分析得出各個(gè)軸的最大加速度和減速度。然后再計(jì)算出多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的合成最大減速度。選擇獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的減速度和同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)合成減速度 二者中大的減速度，根據(jù)這個(gè)最大的減速度計(jì)算出XYZ三個(gè)方向的最大沖擊力Fx,Fy和Fz及產(chǎn)生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。在計(jì)算不同軸扭曲力矩Mx,My和Mz時(shí)要考慮等效負(fù)載的重心位置，總重力和減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。根據(jù)Fx, Fy和Fz及產(chǎn)生的最大扭曲力矩Mx,My和Mz來(lái)選擇出各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)形式和型號(hào)。還要考慮各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸間的連接方式，保證其強(qiáng)度，有足夠的抗沖擊力能 力，使其能長(zhǎng)期穩(wěn)定高速高效工作。