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?xún)?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(lái)說(shuō),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(shuō)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(lái)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(lèi)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(lèi)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)
[1]肖超,周玉林,盛海泳,等.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械本體模塊化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2016,27(8):1018-1025.
[2]任正軍.RB50機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析[D].華中科技大學(xué),2014.
[3]王新,王雪微.四足攀爬機(jī)器人的研制[J].科技尚品,2016,(1):9.
(作者單位:埃夫特智能裝備股份有限公司)