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三、选型理论分析

针对该任务要求及现场空间位置限制，我们先选定机器人的形式是二维XZ直角坐标机器人，然后进行运动节拍和速度分析。根据速度分析得出各个轴各自的最大加速度和减速度。然后再计算出单独运动和两轴同时运动时产生的最大冲击力。这里计算出XYZ三个方向的最大冲击力Fx,Fy和Fz及产生的扭曲力矩Mx,My和Mz。当XZ两个轴同时减速时的最大冲击力是合成减速度，要以合成减速度来计算Fx,Fy和Fz及产生的扭曲力矩Mx,My和Mz。在计算不同轴扭曲力矩Mx,My和Mz时要考虑等效负载的重心位置，总重力和减速时产生的冲击力。

Z轴选型分析：在选择上下运动的Z轴时，根据先面计算出的最大冲击力Fx,Fy和Fz及产生的扭曲力矩Mx,My和Mz，采用了两根Roboworker RSL90运动轴和120mm宽超强齿型带组成的复合轴。由于总长度几乎达到了3米，在X轴以1米/秒速度下快速减速时对Z轴产生非常强大的冲击力和晃动。为了有更大的抗冲击能力和产生小的晃动，对两根RSL90运动轴我们采用四个超长滑块，上下两端采用40毫米厚的高强度连接铝板。选用的120mm宽超强齿型的额定拉力是2000 KG，破坏拉力达7000 KG。Z轴的实际带载能力可达800 KG，带350KG的负载可以长期高效可靠工作。

X轴选型分析：采用了两根5米长的德国Roboworker RSL90运动轴，每根运动轴带两个滑块。单个300mm滑块RSL90型运动轴的最大负载能力可达360KG，这里采用的双滑块刚性联结负载能力可以增加5倍。当把两根运动轴并排刚性连接起来使用时，其负载能力可以增加2倍，所以这里采用的双轴双滑块结构其负载能力可增加到2吨。而负载（含手爪），Z轴及Z轴与X轴的连接板和驱动电机等总重量大约600 KG，所以两根运动轴四滑块结构完全能承受600KG负载及加减速时产生的冲击力。两根X轴铝材的底面与支架上面钢板全部完全接触，支架的强度很高，所以不会产生任何压力变形。

XZ轴连接板的设计：连接板的设计不仅要考虑机械方面的装配配合精度，材料的物理强度，连接螺丝杆的拉力等，更要考虑在主要受冲击方向加大加强连接板，必要时增加连接板。主要螺丝杆和螺丝帽要加胶，以防长期振动后变松动。

四、电机和驱动器选型:

该机器人的运行速度达1米/秒，加速度2m/s2，，选择的驱动电机必须有足够的驱动力，通常要比理论计算值高出100%。选择Z轴电机时要考虑Z轴和负载的自重，整个Z轴运动的加速力和磨擦力。选用德国Neugart精密行星减速机和德国带抱闸的伺服电机，负载的转动惯量与驱动电机的转动惯量比值为5.12，实际最大出力比所需求的最大出力超出289%，安全系数为289%。X轴的驱动选用德国Neugart精密行星减速机和德国产伺服电机，负载的转动惯量与驱动电机的转动惯量比值为6.82，出力安全系数为212%。数控系统选用德国恩格哈公司的D22数控系统。该系统稳定性高，易二次开发，这里主要用G代码G01和G04。

现场安装：机器人在加速和减速时会产生强大的冲击力，而且通常每天要工作24小时，所以机器人必须被牢固地安装在支架上。机器人的支架要有足够的抗冲击力，要有地脚，以保证在长期高速高动态运动冲击下，没有任何晃动。此外在安装时要保证运动轴间的平行度、平面度和垂直度。右面的图像是现场安装后的照片。

五、结论

采用ROBOWORKER公司的机器人后使上面的产品生产速度和质量大为提高，而且省去大量人力和财力。该机器人运行半年后就收回所投入的成本。该机器人运行一年来非常平稳可靠，在正常维护下至少运行十年。这是沈阳莱茵机点公司2007年在国内目前做成的最大负载机器人，从中积累了许多实际经验，为以后其它应用提供更大行程，更大负载的高动态龙门机器人和悬臂机器人打下了很好的基础。目前还有两台500公斤负载，大约4＊2＊1米有效行程的上下料机器人正在进行中。随着大批量全自动化生产工业的迅猛发展，这类直角坐标机器人将具有更加广范的市场前景和发展潜力！

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关键词： 搬运机器人 工件大行程 龙门