王海永

摘 要：設(shè)計(jì)了一種6軸工業(yè)機(jī)器人手腕負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與圖形繪制方法，對(duì)機(jī)器人的手腕設(shè)計(jì)和扭矩的計(jì)算提供了方法和思路。該方法具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人手腕；負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算；負(fù)載曲線圖。

國(guó)內(nèi)機(jī)器人手腕負(fù)載質(zhì)心范圍的計(jì)算及繪制圖一直是重點(diǎn)和難點(diǎn)，不同的機(jī)器人廠家可能有不同的計(jì)算方法和定義，不同應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人可能有不同的運(yùn)動(dòng)范圍要求，本文就6軸工業(yè)機(jī)器人手腕負(fù)載質(zhì)心范圍的計(jì)算和圖形繪制給出了新穎的方法。

機(jī)器人手腕前端的安裝負(fù)荷受手腕容許可搬重量、容許負(fù)荷扭矩值、容許慣性矩值影響，容許負(fù)荷扭矩值根據(jù)實(shí)際負(fù)荷慣性矩的不同而發(fā)生變化[1-3]，手腕負(fù)荷應(yīng)嚴(yán)格控制在各容許值以內(nèi)。

1 容許負(fù)載最大負(fù)荷扭矩與容許負(fù)載最大慣性矩計(jì)算

1.1 容許負(fù)載最大負(fù)荷扭矩

一般來說，計(jì)算負(fù)載容許最大負(fù)荷扭矩是根據(jù)機(jī)器人減速機(jī)加減速扭矩與電機(jī)在最大輸出轉(zhuǎn)速時(shí)輸出扭矩做比較，取其中較薄弱的環(huán)節(jié)做基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，以ER16LA-C20機(jī)器人為例說明。

ER16LA-C20機(jī)器人J5軸，減速機(jī)加減速扭矩為127N.m，減速機(jī)減速比為51；電機(jī)在需要最大轉(zhuǎn)速3000RPM時(shí)，扭矩為5N.m，機(jī)械傳動(dòng)效率為60%，折合到減速機(jī)端扭矩為5×51×60%=153N.m。

從上面的計(jì)算可以看出153N.m ﹥127 N.m，所以應(yīng)按照減速機(jī)的加減速扭矩來計(jì)算負(fù)載容許最大負(fù)荷扭矩，計(jì)算結(jié)果如表1：

2 六軸機(jī)器人的負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算與圖形繪制

2.1 負(fù)載質(zhì)心范圍計(jì)算

六軸機(jī)器人的負(fù)載質(zhì)心偏置曲線圖可以按照下面這個(gè)示意圖進(jìn)行繪制，圖1中，3條弧線均為以5軸軸線與6軸軸線的交點(diǎn)為圓心的圓弧，而豎線均垂直于末端法蘭面。l為5軸軸線距離末端法蘭面的距離。在3種負(fù)載選項(xiàng)中，A為其額定負(fù)載質(zhì)量，B=0.7A，并對(duì)其進(jìn)行圓整，而C=0.7B，同樣也需要對(duì)其進(jìn)行圓整。根據(jù)機(jī)器人使用領(lǐng)域、負(fù)載最大重量等的不同，A、B、C之間的比例關(guān)系可以調(diào)整。

當(dāng)負(fù)載為Akg時(shí)，其相關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下：

a.徑向偏置：

b.軸線偏置（到5，6軸軸線交點(diǎn)）：

其中N5、N6就是前文1.1中計(jì)算的容許負(fù)載最大負(fù)荷扭矩；J5、J6分別表示負(fù)載繞5軸軸線的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5和繞6軸軸線的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J6，J5、J6就是前文1.2中計(jì)算的容許負(fù)載最大慣性矩。

對(duì)于其他類型的負(fù)載質(zhì)心的偏置圖參數(shù)計(jì)算，只需要將上述計(jì)算公式里的A換成相應(yīng)的質(zhì)量即可。

負(fù)載質(zhì)心范圍的參數(shù)計(jì)算如下：

2.2 負(fù)載曲線圖繪制

3 結(jié)論

本文介紹了6軸工業(yè)機(jī)器人質(zhì)心范圍的計(jì)算與圖形繪制，利用該方法能夠簡(jiǎn)單便捷的得到不同類型工業(yè)機(jī)器人手腕負(fù)載質(zhì)心范圍，為工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：埃夫特智能裝備股份有限公司）