直角坐標(biāo)機(jī)器人概念：工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動(dòng)自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。 關(guān)于機(jī)器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展，在不斷的完善，直角坐標(biāo)機(jī)器人作為機(jī)器人的一種，其含義也在不斷的完善中。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)： 1、多自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角。 2、自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行。 3、一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。 4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、高可靠性、高速度、高精度。 6、可用于惡劣的環(huán)境，可長(zhǎng)期工作，便于操作維修。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用： 因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代期著十分重要的作用。 了解了直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)及應(yīng)用后，我們會(huì)想到一個(gè)問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)直角坐標(biāo)機(jī)器人呢？本文以力拓公司多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成功案例文為基礎(chǔ)做一闡述： 一、機(jī)器人設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 1，機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作，工作量很大，涉及的知識(shí)面很多，往往需要多人完成。 2，機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向客戶的設(shè)計(jì)，不是閉門造車。設(shè)計(jì)者需要經(jīng)常和用戶在一起，不停分析用戶要求，尋求解決方案。 3，機(jī)器人設(shè)計(jì)是面向加工的設(shè)計(jì)，再好的設(shè)計(jì)，如果工廠不能加工出產(chǎn)品，設(shè)計(jì)也是失敗的，設(shè)計(jì)者需要掌握大量的加工工藝及加工手段。 4，機(jī)器人設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷完善的過(guò)程。 二：機(jī)器人設(shè)計(jì)流程： 1、使用要求的分析：每一個(gè)機(jī)器人都是根據(jù)特定的要求而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)的第一步就是要將使用要求分析清楚， 設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的參數(shù)有： 機(jī)器人的定位精度，重復(fù)定位精度； 機(jī)器人的負(fù)載大小，負(fù)載特性； 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的自由度數(shù)量，每自由度的運(yùn)動(dòng)行程； 機(jī)器人的工作周期或運(yùn)動(dòng)速度，加減速特性； 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，動(dòng)作的關(guān)聯(lián)； 機(jī)器人的工作環(huán)境、安裝方式； 機(jī)器人的運(yùn)行工作制、運(yùn)行壽命。 特殊要求。 2、基本機(jī)械模型初建：機(jī)器人從機(jī)械結(jié)構(gòu)分大體可分為龍門結(jié)構(gòu)、壁掛結(jié)構(gòu)，垂掛結(jié)構(gòu)，根據(jù)安裝空間的要求選擇不同的結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)特性都是不一樣的。后續(xù)的設(shè)計(jì)必須是基于一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)。 運(yùn)動(dòng)性能計(jì)算：有關(guān)該性能的參數(shù)有： 平均速度：V=S/t 最大速度：Vmax=at 加速度/減速度：a=F/m 其中：S為運(yùn)動(dòng)行程 t為定位運(yùn)動(dòng)時(shí)間 F加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力 M運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量和 3、力學(xué)特性分析 一個(gè)機(jī)器人是由許多定位單元組成的，每根定位系統(tǒng)都要分析。需要分析的項(xiàng)目如下： 水平推力Fx 正壓力Fz 側(cè)壓力Fy Mx、My、Mz 4、機(jī)械強(qiáng)度校核 每個(gè)定位單元，每個(gè)梁都要進(jìn)行校核，尤其雙端支撐梁和懸臂梁。 1）撓度變形計(jì)算 F：負(fù)載（N）；L：定位單元長(zhǎng)度（mm）；E：材料彈性模量；I：材料截面慣性矩（mm4）；f：撓度形變（mm） 注意：在計(jì)算撓度形變時(shí)，梁的自重產(chǎn)生的不能忽視，梁的自重按均布載荷計(jì)算。 以上公式計(jì)算的是靜態(tài)形變，實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)闄C(jī)器人一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須計(jì)算加速力產(chǎn)生的形變。 形變直接影響機(jī)器人的運(yùn)行精度。 2）扭轉(zhuǎn)形變計(jì)算 當(dāng)一根梁的一端固定，另一端施加一個(gè)繞軸扭矩后，將產(chǎn)生扭曲形變。實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生該形變的原因一般是負(fù)載偏心或有繞軸加速旋轉(zhuǎn)的物體存在。 6、驅(qū)動(dòng)元件選擇 常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有： 交流/支流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直線伺服電機(jī)/直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都由電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。驅(qū)動(dòng)器的作用是將弱電信號(hào)放大，將其加載在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的強(qiáng)電上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)則是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。 需要計(jì)算的項(xiàng)目如下： 電機(jī)功率： 電機(jī)扭矩： 電機(jī)轉(zhuǎn)速： 減速機(jī)減速比 電機(jī)慣量/負(fù)載慣量的匹配關(guān)系 其他驅(qū)動(dòng)形式計(jì)算公式及計(jì)算方法請(qǐng)與力拓公司聯(lián)系。 7、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在完成了前面六項(xiàng)工作后，一個(gè)直角坐標(biāo)機(jī)器人定位系統(tǒng)的雛形就已經(jīng)在設(shè)計(jì)者的腦中產(chǎn)生了，接下來(lái)的工作就是將雛形畫(huà)成工程圖，以便生產(chǎn)。因機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，我們建議用戶用三維軟件設(shè)計(jì)，以便檢查是否存在位置干涉。 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡具有不確定性，靈活多變，往往在一個(gè)位置不存在位置干涉，但到下一個(gè)位置就干涉了。 8、設(shè)備壽命校核 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)整臺(tái)設(shè)備進(jìn)行壽命計(jì)算，核心元件的壽命到要計(jì)算，如機(jī)器人軌道的壽命，減速機(jī)的壽命，伺服電機(jī)的壽命等。 機(jī)器人的運(yùn)行壽命與運(yùn)行速度、負(fù)載大小、結(jié)構(gòu)形式、工作環(huán)境、工作制等有關(guān)。 如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)行壽命太短，需要重新調(diào)整設(shè)計(jì)。 具體計(jì)算方法請(qǐng)與沈陽(yáng)力拓公司聯(lián)系。 9，控制系統(tǒng)的選擇 沒(méi)有控制系統(tǒng)的機(jī)器人就象人沒(méi)有大腦一樣，不能執(zhí)行任何動(dòng)作。所以我們通常將沒(méi)有配備控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)稱為裸機(jī)或機(jī)器人定位系統(tǒng)。 根據(jù)要求的不同，控制系統(tǒng)的選擇也不同，通常選擇作為控制系統(tǒng)的產(chǎn)品有： 大型PLC 程序控制器； 工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制卡; 數(shù)字控制系統(tǒng) 專用控制器 10、程序編寫(xiě) 控制器是機(jī)器人的大腦，程序是機(jī)器人的思想，靈魂。程序的編寫(xiě)直接反應(yīng)設(shè)計(jì)者的思想，意圖。 編寫(xiě)程序是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，但只要機(jī)器人總體設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題，程序總會(huì)編出來(lái)的。 編程序要注意的問(wèn)題： 對(duì)任務(wù)的分析要清晰，編成層次要分明，邏輯清晰。 結(jié)束語(yǔ)： 機(jī)器人的設(shè)計(jì)內(nèi)容龐雜，細(xì)節(jié)眾多，需要不斷熟悉，不斷完善，在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)提高。本文只是做了些簡(jiǎn)單的介紹，有興趣朋友可與我們聯(lián)系，索取詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料。 力拓公司是一個(gè)以直角坐標(biāo)機(jī)器人設(shè)計(jì)為核心任務(wù)公司，每天面對(duì)的都是設(shè)計(jì)的工作，感謝眾多的用戶給了我們各種各樣的機(jī)會(huì)，也為我們培養(yǎng)了各類設(shè)計(jì)人員，力拓公司才得以壯大。我們?cè)笇⑽覀兊闹R(shí)與您共享，為推進(jìn)我國(guó)的機(jī)器人事業(yè)出一點(diǎn)力。 聯(lián)系沈陽(yáng)力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司（www.lt-bahrrobot.com）