二軸桁架機(jī)器人的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

張 豪

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院控制技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫，214121）

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二軸桁架機(jī)器人的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

張 豪

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院控制技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫，214121）

摘要：對二軸桁架機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。介紹了二軸桁架機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式、PLC控制的工作原理及系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。由于二軸桁架機(jī)器人具有高可靠性、高速度、高精度等特點(diǎn)，因此非常適合智能工廠，物流系統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：二軸桁架機(jī)器人；控制系統(tǒng)；可編程序控制器；伺服系統(tǒng)；人機(jī)界面

0　引言

桁架機(jī)器人，是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、基于空間XYZ直角坐標(biāo)系可重復(fù)編程的、多自由度的、適合不同任務(wù)的自動(dòng)化設(shè)備。桁架式機(jī)器人改變了傳統(tǒng)的物流方式，有效地改善了作業(yè)環(huán)境，提供零件加工數(shù)字化、信息化、少人化直至無人化管理，可靠地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，將工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來，使現(xiàn)代制造技術(shù)達(dá)到一個(gè)嶄新的水平。

桁架式機(jī)器人的特點(diǎn)：多自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角；自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行；一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成；靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同；高可靠性、高速度、高精度；可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修；各個(gè)機(jī)器人行走軸，均可采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌或滾輪V型導(dǎo)軌，具有安裝調(diào)試方便，適合長行程應(yīng)用，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

基于智能工廠的最典型的二軸桁架機(jī)器人，提出了機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)作良好，同時(shí)具備較高的推廣價(jià)值和實(shí)際意義。

1　二軸桁架機(jī)器人總體概況

如圖1所示，是智能工廠現(xiàn)場的二軸桁架機(jī)器人。

圖1　工業(yè)現(xiàn)場二軸桁架機(jī)器人

1.1桁架機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)

桁架機(jī)器人主要由1-Z軸減速機(jī)組件、2-X軸減速機(jī)組件、3-豎梁組件、4-移動(dòng)機(jī)構(gòu)組件、5橫梁組件、6-地腳板焊接件、7-V型支架、8-機(jī)器人支架，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件組成，如圖2所示。桁架機(jī)器人通過地腳螺栓固定在工業(yè)現(xiàn)場，機(jī)械手通過X軸作橫向運(yùn)動(dòng)，Z軸作上升下降的垂直運(yùn)動(dòng)，X軸的距離表示工件搬運(yùn)的距離，如果工件尺寸大，那么Z軸運(yùn)動(dòng)的距離可大些，如果工件尺寸小，Z軸運(yùn)動(dòng)的距離可相對小些。

圖2　桁架機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

1.2桁架機(jī)器人主體機(jī)械結(jié)構(gòu)

桁架機(jī)器人主體機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)軌、齒條、橫梁、橫梁驅(qū)動(dòng)減速機(jī)、滾輪、潤滑輪、信號(hào)燈、拖鏈槽、X軸拖鏈、Z軸拖鏈、端蓋/限位器、豎梁、托板、潤滑系統(tǒng)等組成。

2　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該桁架機(jī)器人控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。桁架機(jī)器人控制原理圖，如圖3所示。

圖3　桁架機(jī)器人控制原理圖

3　結(jié)論

本文根據(jù)智能工廠的生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)了二軸桁架機(jī)器人。該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間廣，承載力強(qiáng)，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場搬運(yùn)零件的要求。并且對機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，保證了運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性。最后對機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以PLC為控制系統(tǒng)的核心，通過控制兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器完成機(jī)器人的Z軸和Z軸控制。實(shí)踐表明，以PLC為控制系統(tǒng)的二軸桁架機(jī)器人具有高可靠性、高速度、高精度的顯著特點(diǎn)。此外，該機(jī)器人擁有較高的性價(jià)比，在智能工廠，物流系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用前景廣泛。

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中圖分類號(hào)：TP24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design and Implementation of Bi-axis Truss Robot

Zhang Hao
(School of Control Technology,Wuxi Institute of Technology,Wuxi,214121,China)

Abstract：The overall design of bi-axis truss robot is studied. Mechanical structure of bi-axis truss robot and the mode of motion,the working principle of PLC control and design for the hardware and software in the kind of system.The bi-axis truss robot can be widely used in the intelligent plant and logistics system industry due to its high reliability,speed and precision.

Keywords：bi-axis truss robot;control system;PLC；servo system;human-computer interface