摘要：本文主要介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人與關(guān)節(jié)式機(jī)器人相結(jié)合后新式五軸混合型機(jī)器人的特性，以及在實(shí)際機(jī)床上下料生產(chǎn)中的應(yīng)用。

      關(guān)鍵字：直角坐標(biāo)機(jī)器人 關(guān)節(jié)機(jī)器人 混合型機(jī)器人 機(jī)床上下料機(jī)器人  

      前言：在很多零件的數(shù)控加工過(guò)程中，要通過(guò)幾臺(tái)不同類型的機(jī)床來(lái)逐序加工，在不同面上進(jìn)行銑削和鉆孔攻絲等。通常是根據(jù)節(jié)省空間和零件從一臺(tái)機(jī)床到另一臺(tái)機(jī)床間按加工工序和短流程傳送關(guān)系來(lái)確定幾臺(tái)機(jī)床的空間位置關(guān)系。這時(shí)通常要把第一工序加工完的零件先取下，然后以剛加工完面作為定位基準(zhǔn)在同一工作臺(tái)的另一工裝上或另一加工中心上完成第二加工工序。還有要把零件翻轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)一定角度后在裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個(gè)零件的全部加工。沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人根據(jù)客戶實(shí)際需求定制研發(fā)了一種五自由度混合型機(jī)器人。這種定制的機(jī)器人工作效率高，成本低，非常有推廣價(jià)值。下面就結(jié)合這一應(yīng)用來(lái)介紹我們的新型五軸機(jī)器人。

      一、    任務(wù)描述 

      圖1中最左邊的圖就是要加工的零件，其重量約12.0KG。用戶要求先按圖1中間圖所示的工裝給兩臺(tái)臥加上下料。然后從立加上取下零件檢驗(yàn)其加工尺寸是否合格。如果經(jīng)檢驗(yàn)零件尺寸合格就把該零件按圖1最右邊的方式把零件放置到立加的工裝上。立加的工作臺(tái)上有兩個(gè)完全相同的工裝，從立加的第一個(gè)工裝上取下的零件，要以水平軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)180度后放置到第二個(gè)工裝上。機(jī)床的排序是按圖2所示的一字?jǐn)[放。根據(jù)上面的要求，沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人為其量體裁衣生產(chǎn)設(shè)計(jì)了一臺(tái)如圖2所示的，雙手爪，五自由度的混合機(jī)器人。

圖1: 從左到右三幅圖分別是CAP零件圖，臥加工裝和立加工裝                        

      如圖2所示兩臺(tái)臥加對(duì)CAP完成相同的加工任務(wù)，平均每3分鐘加工完一個(gè)CAP。用一臺(tái)立加對(duì)銑削加工完的零件在兩個(gè)面上先鉆孔，然后攻絲（ 3分鐘內(nèi)要完成）。根據(jù)用戶要求，沈陽(yáng)萊茵機(jī)器人為其量體裁衣生產(chǎn)設(shè)計(jì)了一套雙手爪4D混合機(jī)器人。

      圖2：雙手爪五自由度混合型機(jī)器人給兩臺(tái)臥加和一臺(tái)立加上下料 

      二、五自由度混合型機(jī)器人介紹

      1、混合機(jī)器人的組成（要一新的圖）

      如圖2所示五自由度混合機(jī)器人由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成。圖2中五自由度混合型機(jī)器人的三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸是懸臂型直角坐標(biāo)機(jī)器人。其中最長(zhǎng)的水平運(yùn)動(dòng)軸叫X軸，其有效運(yùn)動(dòng)行程大約11米。安裝在X軸上面，與X軸運(yùn)動(dòng)方向相互垂直的水平運(yùn)動(dòng)軸叫Y軸，其有效運(yùn)動(dòng)行程800mm。

      在Y軸的最外端安裝有與地面垂直運(yùn)動(dòng)的Z軸，其有效行程為1.5米。Z軸的下端第一個(gè)以Z軸為轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的旋轉(zhuǎn)軸叫A軸，它帶動(dòng)兩個(gè)完全不同的手爪繞著Z軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。

      下端帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，而旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)一個(gè)擺動(dòng)軸，擺動(dòng)軸末端再帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。最末端的旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)手爪。由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和擺動(dòng)軸其實(shí)就是關(guān)節(jié)機(jī)器人的末端三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，所以六軸混合機(jī)器人就是三軸直角坐標(biāo)機(jī)器人加上關(guān)節(jié)機(jī)器人的三個(gè)最末端運(yùn)動(dòng)軸組合而成。根據(jù)實(shí)際需要，混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也可以是龍門(mén)式結(jié)構(gòu)。其各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸的行程及承載能力可以按要求去做。

      (2)混合機(jī)器人的特點(diǎn)

      1、工作空間

      具有直角坐標(biāo)機(jī)器人的大行程，大跨度的優(yōu)點(diǎn)。比如拼裝后X軸可達(dá)到100m，Y軸20m；總之可以按要求組合成所需工作空間的大型機(jī)器人。

      2、組合形式

      混合型機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)軸也可以是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也可以是龍門(mén)式結(jié)構(gòu)。根據(jù)每個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸的行程及承載能力還可以是多根組合來(lái)保證各個(gè)軸不變形，有足夠的強(qiáng)度。最末端的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸也可以選擇為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。總之混合型機(jī)器人完全可以設(shè)計(jì)成所以的結(jié)構(gòu)形式及工作行程。

      3、負(fù)載能力

      直角坐標(biāo)型的龍門(mén)框架結(jié)構(gòu)，承載能力強(qiáng)，可無(wú)限擴(kuò)展，穩(wěn)定可靠，造價(jià)相對(duì)低很多。抓取物體的能力主要受三個(gè)末端旋轉(zhuǎn)軸的限制。目前配合手爪后可以抓取的物體重量是：25公斤，50公斤和100公斤三種型號(hào)。

      4、工作精度

      通常單根直線運(yùn)動(dòng)軸的重復(fù)定位精度0.05mm，而絲杠驅(qū)動(dòng)型和精密齒輪齒條驅(qū)動(dòng)型可達(dá)0.01mm，甚至更高。還可以加位置反饋信號(hào)，比如磁珊來(lái)提高定位精度。最后綜合精度取決于末端的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。

      5、安裝調(diào)式簡(jiǎn)單

      混合型機(jī)器人是模塊化結(jié)構(gòu)，在裝配廠全部預(yù)連接運(yùn)行，然后拆裝出廠?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)螺栓簡(jiǎn)單拼裝，調(diào)水平即可電氣調(diào)試，用戶甚至可以自行完成機(jī)械安裝。龍門(mén)式框架為整個(gè)安裝空間，其工作空間也在框架范圍內(nèi)。不需要非常專業(yè)人員調(diào)式，簡(jiǎn)單安裝，調(diào)式和以后服務(wù)費(fèi)用低。

      6、后期維護(hù)費(fèi)用低

      不需要非常專業(yè)人員調(diào)式，簡(jiǎn)單安裝，調(diào)式和后期維護(hù)費(fèi)用低。而關(guān)節(jié)機(jī)器人的編程和操控必須由供應(yīng)商通過(guò)專業(yè)培訓(xùn)才能完成（廠家軟件編程費(fèi)用300元/小時(shí)），而且特殊軟件需要收費(fèi)。

      7、性價(jià)比高：無(wú)論首次購(gòu)買，還是后期服務(wù)費(fèi)用都遠(yuǎn)低于關(guān)節(jié)型機(jī)器人。

      四，工作流程

      設(shè)備包括：

　?。?）X軸：采用Roboworker品牌的RSL300型直線運(yùn)動(dòng)單元，齒輪齒條傳動(dòng)，其行程大約15米左右；

　?。?）Y軸：采用同上的結(jié)構(gòu)，行程為200mm；

　?。?）Z軸：作為上下運(yùn)動(dòng)軸它是基于RSL200直線運(yùn)動(dòng)單元的加強(qiáng)型抓取軸，其有效行程大約1.4m，額定拉力400公斤；

　　（4）旋轉(zhuǎn)軸：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)法蘭輸出精密行星減速機(jī)，可以任意角度的旋轉(zhuǎn)，保證滿足工位的定位要求；

　?。?）控制系統(tǒng)1臺(tái)，含手動(dòng)，自動(dòng)，急停按鈕；

　　（6）對(duì)應(yīng)到位否及有無(wú)零件傳感器1套（多個(gè)）；

　?。?）工作狀態(tài)指示塔燈1套。

　　手爪部分包括：

　　A手爪功能：

　　手爪型號(hào)：2PG2125

　　額定夾持力：2060N，開(kāi)合時(shí)間0.17秒，開(kāi)合重復(fù)位置

　　精度0.05mm。重量2.35公斤，兩指各自移動(dòng)距離13mm.

　　B手爪功能：（略）

　　A手爪工作過(guò)程：

　　A手爪抓取毛坯件手爪到達(dá)定位位置對(duì)機(jī)床進(jìn)行上料

　　B手爪工作過(guò)程：（略）

　　五、結(jié)論

　　混合型六軸機(jī)器人除完成傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)式機(jī)器人任務(wù)外，更適合給臥加和立加上下料。它的結(jié)構(gòu)形式使手爪可以更方便伸入到機(jī)床防護(hù)罩內(nèi)部的工作臺(tái)上，如果被抓取工件給多臺(tái)設(shè)備上下料，需要對(duì)零件進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，甚至上下翻轉(zhuǎn)才能完成各個(gè)設(shè)備的上下料工作，無(wú)論是冷沖壓，還是熱沖壓有時(shí)需要把鋼板伸入到上下模中間，那么混合機(jī)器人就非常合適

　　總之需要從側(cè)面把零件伸到工作臺(tái)上方（雙工位機(jī)床）以及零件從一臺(tái)設(shè)備到另一臺(tái)設(shè)備間搬運(yùn)時(shí)必須旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)，這類大負(fù)載的搬運(yùn)和上下料應(yīng)用等，混合機(jī)器人是非常合適的。