24米长机器人运动平台的设计和实施
2008/10/14 15:40:00
在很多应用场合要求有几十米行程的切割机，钻孔机和铣削加工设备。有的应用要做成一个20*10米的大平台，且要能运动20*10米。还有的用户要做一个10米行程的数控钻或数控铣。在精密策略，质量检测和无损探伤等的应用中有时要在10*4*3米的三维空间内任意运动。在这些超大行程的应用中采用传统的机床式结构很难实现或成本太高。而采用直角坐标机器人则可以方便地实现这些要求。本文就以一台要求总长度是24米的数控切割机器人为例来介绍如何实现超大行程的。
一 结构形式
这里采用两根PAS44BB结构，把它们并排摆放，每1~2米远（可以按要求变化长度）加一连接铝材，形成图1所示的结构方式。机器人运动平台要装在一个金属支架平台上，使得整个两根24米PAS44BB运动轴全部放置在支架平台上，任何部位不会有下降弯曲发生。由于负载大约在700公斤，所以每个PAS44BB运动轴上带有3个滑块，共计6个滑块来保证带负载能力和运行的平稳性。
图1：两根PAS44BB并排摆放原理结构图
二 负载能力
PAS44BB的技术数据请见附件说明书。当每根PAS44BB采用3个滑块刚性连接时其负载能力要提高5倍以上。所以单根PAS44BB配3个滑块时其带负载能力要达到500公斤以上。当采用采用两根PAS44BB结构，把它们并排摆放时，其带负载能力要达到1000公斤。每个PAS44BB里面采用THK SHS 25导轨和两个滑块。单根THK SHS 25导轨单个滑块时最大理论载荷为：C=36.8 KN, C0=64.7 KN (千牛顿)。在机床上通常把这一数据除于10，这时的动载荷为：C=3.68 KN = 368公斤。而且一根PAS44BB要用两个滑块，但由于高速可达每秒5米，加速度达每秒4米，所以为了安全在机器人上就考虑为100公斤（机床上要达500~1000公斤）。我们每根运动轴带三个滑块，对应实际上是6个THK滑块，所以其负载能力至少要达到800~1000公斤。当把两根运动轴PAS44BB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。
三 驱动方式
这里采用齿轮齿条的方式来进行传动，采用国内数控切割机所用产品，其承受的最大推力和精度等级都被国内数控切割机行业和用户所接受。下图是一个齿轮齿条传动例子，本项目齿轮齿条要放在侧面。
图2：以齿轮齿条方式传动的抓取轴
四 级连方式
由于单根PAS44BB最大长度为6米，本项目要把6根PAS44BB连起来形成总长24米。这样两根24米的直线运动单元再如图1所示的方式并排连接起来。
由于所采用的直线导轨单根长度是4米，要保证在两根PAS44BB铝材接头处有一完整的直线导轨，保证使其通过接头处运行平稳。由右面图所示其铝型材有标准的连接方式，图中两处带红色字母A的位置是直线导轨连接处，必须连接的。图中两处带红色字母B的位置和两处带红色字母C的位置是可选的，或B处或C处加入大约500mm长的标准连接件，外面用精密螺丝杆拧紧。这样的连接方式保证整24米长直线运动单元的直线度和平面度。采用这样的连接方式百格拉给很多公司提供了超长度的机器人，如瑞典某公司4台18米有效行程的数控火焰切割机。
图3 运动单元的截面图
五 精度保证
由于定位精度主要受所建议采用的齿轮齿条及传动齿轮的精度和其装配精度所决定。而建议采用的齿轮齿条及传动齿轮就被国内一些数控厂家多年长期采用，其传动精度被全部用户所接收，加上按要求来选配高精度的齿轮齿条，所以精度不是问题。对于宽度大的运动平台要在两侧分别加上齿轮齿条，实现两侧同时驱动，保证运动的平稳性。本公司有几位在沈阳机床厂多年从事装配工作和沈飞从事设计的人员，完全能胜任其设计，连接<
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