五軸機器人在激光噴丸中的應用

　　摘要：本文主要介紹直角坐標機器人與關節式機器人相結合后新式五軸混合型機器人的特性，以及在實際機床上下料生產中的應用。

　　關鍵字：直角坐標機器人 關節機器人 混合型機器人 機床上下料機器人

　　前言：在很多零件的數控加工過程中，要通過幾臺不同類型的機床來逐序加工，在不同面上進行銑削和鉆孔攻絲等。通常是根據節省空間和零件從一臺機床到另一臺機床間按加工工序和短流程傳送關系來確定幾臺機床的空間位置關系。這時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在同一工作臺的另一工裝上或另一加工中心上完成第二加工工序。還有要把零件翻轉或旋轉一定角度后在裝到另一工裝上加工，如此依序完成整個零件的全部加工。沈陽萊茵機器人根據客戶實際需求定制研發了一種五自由度混合型機器人。這種定制的機器人工作效率高，成本低，非常有推廣價值。下面就結合這一應用來介紹我們的新型五軸機器人。

　　一、 任務描述

　　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臥加上下料。然后從立加上取下零件檢驗其加工尺寸是否合格。如果經檢驗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。立加的工作臺上有兩個完全相同的工裝，從立加的第一個工裝上取下的零件，要以水平軸為中心轉動180度后放置到第二個工裝上。機床的排序是按圖2所示的一字擺放。根據上面的要求，沈陽萊茵機器人為其量體裁衣生產設計了一臺如圖2所示的，雙手爪，五自由度的混合機器人。

　　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所示兩臺臥加對CAP完成相同的加工任務，平均每3分鐘加工完一個CAP。用一臺立加對銑削加工完的零件在兩個面上先鉆孔，然后攻絲( 3分鐘內要完成)。根據用戶要求，沈陽萊茵機器人為其量體裁衣生產設計了一套雙手爪4D混合機器人。

　　圖2：雙手爪五自由度混合型機器人給兩臺臥加和一臺立加上下料

　　二、五自由度混合型機器人介紹

　　1、混合機器人的組成(要一新的圖)

　　如圖2所示五自由度混合機器人由三個直線運動軸和兩個轉動軸組成。圖2中五自由度混合型機器人的三個直線運動軸是懸臂型直角坐標機器人。其中最長的水平運動軸叫X軸，其有效運動行程大約11米。安裝在X軸上面，與X軸運動方向相互垂直的水平運動軸叫Y軸，其有效運動行程800mm。

　　在Y軸的最外端安裝有與地面垂直運動的Z軸，其有效行程為1.5米。Z軸的下端第一個以Z軸為轉動軸心的旋轉軸叫A軸，它帶動兩個完全不同的手爪繞著Z軸軸線轉動。

　　下端帶動一個旋轉軸，而旋轉軸帶動一個擺動軸，擺動軸末端再帶動一個旋轉軸。最末端的旋轉軸帶動手爪。由于兩個旋轉軸和擺動軸其實就是關節機器人的末端三個運動軸，所以六軸混合機器人就是三軸直角坐標機器人加上關節機器人的三個最末端運動軸組合而成。根據實際需要，混合型機器人的直線運動軸也可以是二維的XY軸結構或XZ軸結構，也可以是龍門式結構。其各個直線運動軸的行程及承載能力可以按要求去做。

　　(2)混合機器人的特點

　　1、工作空間

　　具有直角坐標機器人的大行程，大跨度的優點。比如拼裝后X軸可達到100m，Y軸20m;總之可以按要求組合成所需工作空間的大型機器人。

　　2、組合形式

　　混合型機器人的直線運動軸也可以是二維的XY軸結構或XZ軸結構，也可以是龍門式結構。根據每個直線運動軸的行程及承載能力還可以是多根組合來保證各個軸不變形，有足夠的強度。最末端的三個旋轉軸也可以選擇為兩個旋轉軸。總之混合型機器人完全可以設計成所以的結構形式及工作行程。

　　3、負載能力

　　直角坐標型的龍門框架結構，承載能力強，可無限擴展，穩定可靠，造價相對低很多。抓取物體的能力主要受三個末端旋轉軸的限制。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。

　　4、工作精度

　　通常單根直線運動軸的重復定位精度0.05mm，而絲杠驅動型和精密齒輪齒條驅動型可達0.01mm，甚至更高。還可以加位置反饋信號，比如磁珊來提高定位精度。最后綜合精度取決于末端的三個旋轉軸。

　　5、安裝調式簡單

　　混合型機器人是模塊化結構，在裝配廠全部預連接運行，然后拆裝出廠。現場通過螺栓簡單拼裝，調水平即可電氣調試，用戶甚至可以自行完成機械安裝。龍門式框架為整個安裝空間，其工作空間也在框架范圍內。不需要非常專業人員調式，簡單安裝，調式和以后服務費用低。

　　6、后期維護費用低

　　不需要非常專業人員調式，簡單安裝，調式和后期維護費用低。而關節機器人的編程和操控必須由供應商通過專業培訓才能完成(廠家軟件編程費用300元/小時)，而且特殊軟件需要收費。

　　7、性價比高：無論首次購買，還是后期服務費用都遠低于關節型機器人。

　　四，工作流程

　　設備包括：

　　(1)X軸：采用Roboworker品牌的RSL300型直線運動單元，齒輪齒條傳動，其行程大約15米左右;

　　(2)Y軸：采用同上的結構，行程為200mm;

　　(3)Z軸：作為上下運動軸它是基于RSL200直線運動單元的加強型抓取軸，其有效行程大約1.4m，額定拉力400公斤;

　　(4)旋轉軸：伺服電機驅動法蘭輸出精密行星減速機，可以任意角度的旋轉，保證滿足工位的定位要求;

　　(5)控制系統1臺，含手動，自動，急停按鈕;

　　(6)對應到位否及有無零件傳感器1套(多個);

　　(7)工作狀態指示塔燈1套。

　　手爪部分包括：

　　A手爪功能：

　　手爪型號：2PG2125

　　額定夾持力：2060N，開合時間0.17秒，開合重復位置

　　精度0.05mm。重量2.35公斤，兩指各自移動距離13mm.

　　B手爪功能：(略)

　　A手爪工作過程：

　　A手爪抓取毛坯件手爪到達定位位置對機床進行上料

　　B手爪工作過程：(略)

　　五、結論

　　混合型六軸機器人除完成傳統的直角坐標機器人、關節式機器人任務外，更適合給臥加和立加上下料。它的結構形式使手爪可以更方便伸入到機床防護罩內部的工作臺上，如果被抓取工件給多臺設備上下料，需要對零件進行水平旋轉，甚至上下翻轉才能完成各個設備的上下料工作，無論是冷沖壓，還是熱沖壓有時需要把鋼板伸入到上下模中間，那么混合機器人就非常合適

　　總之需要從側面把零件伸到工作臺上方(雙工位機床)以及零件從一臺設備到另一臺設備間搬運時必須旋轉或翻轉，這類大負載的搬運和上下料應用等，混合機器人是非常合適的。