機器人外部軸應(yīng)用的總結(jié)

宋福平

（青島新松機器人自動化有限公司 山東 青島 266000）

引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動化設(shè)備已經(jīng)成為各生產(chǎn)企業(yè)必不可少的，其中工業(yè)機器人成為工業(yè)自動化設(shè)備的主要成員。由于機器人設(shè)計時為了保證精度臂展不宜過大，因此對于一些遠距離的輸送、搬運、碼垛、上下料等工作就會受到限制。為了機器人能夠滿足各種特殊工況，實現(xiàn)一機服務(wù)多臺設(shè)備，就需要配備不同形式的外部軸。對于六軸機器人來說，外部軸便是第七軸，但是對于三軸、四軸等軸數(shù)的標準機器人來說便是第四軸或第五軸等，所以下文統(tǒng)一叫機器人外部軸。

1 機器人地軌安裝形式

機器人外部軸的空間安裝位置可分為以下幾種：空中安裝、地面安裝、斜置等。空中安裝又分為機器人倒裝及側(cè)置等。地面安裝方式由于施工簡單、成本較少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點，所以各集成商經(jīng)常選用此方式；缺點是占地面積大。所以越來越多的用戶規(guī)劃設(shè)備時希望集成商將機器人安裝在空中，有效利用工廠的立體空間，以此來增加地面的作業(yè)面積[1]。

2 外部軸的形式

外部軸常設(shè)計成以下幾種結(jié)構(gòu)方式：齒輪齒條式、滾珠絲杠式、滾輪驅(qū)動、直線電機、AGV驅(qū)動等。按照導(dǎo)向方式分為：有軌導(dǎo)向和無軌導(dǎo)向，無軌導(dǎo)向是運用AGV小車作為機器人的外部行走軸。有軌導(dǎo)向按照負載輕重及運行速度快慢一般分為兩種：直線導(dǎo)軌導(dǎo)向、矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向；最常用的是直線導(dǎo)軌，當工作環(huán)境的運行速度較快、導(dǎo)向承載較大沖擊、載荷頻繁變化的工況下，建議選用矩形導(dǎo)軌，因為矩形導(dǎo)軌滾輪箱內(nèi)滾輪與導(dǎo)軌平面接觸面大，而直線導(dǎo)軌僅是每個滾珠的點接觸面小，所以在發(fā)生撞擊或者沖擊時，直線導(dǎo)軌更容易發(fā)生問題，產(chǎn)生不可逆的損壞。

3 常用外部軸的主要結(jié)構(gòu)

外部軸的常用結(jié)構(gòu)主要由八部分組成：軌道基座總成、運動導(dǎo)向系統(tǒng)、行走驅(qū)動系統(tǒng)、移栽平臺總成、潤滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、防護裝置、附屬配件。

3.1 軌道基座總成

外部軸基座常采用方鋼及鋼板焊接后經(jīng)過熱時效處理后進行機加工，需要根據(jù)實際項目工況非標設(shè)計。焊接加工時為小批量加工，沒有完善的焊接工藝及工序，多為人工焊接所以質(zhì)量及外觀較差。現(xiàn)由于自動化對于機器人第六軸需求量的增加，現(xiàn)在已經(jīng)形成了標準的機器人行走軌道系統(tǒng)，系列化后軌道基座采用熱鑄造成形，整體質(zhì)量穩(wěn)定、變形量小。按照需要的尺寸長度進行拼裝或者是截取。一般單個鑄造基座分為3米、2米、1米三種規(guī)格，可以拼裝任意整數(shù)米長。

3.2 運動導(dǎo)向系統(tǒng)

對于機器人本體重量小于1t，臂展小于2米的機器人，均可以采用直線導(dǎo)軌做為導(dǎo)向裝置，并配備雙導(dǎo)軌雙滑塊的安裝方式。對于機器人本體重量較大、臂展較長、斜置安裝、倒置安裝等作業(yè)方式時，建議采用矩形導(dǎo)軌，并配合滾軸箱使用。

3.3 行走驅(qū)動系統(tǒng)

驅(qū)動部分多為伺服電機配備相應(yīng)減速比的行星減速機為主。此處由于伺服電機輸出軸與減速機聯(lián)軸器間存在移位的可能、減速機與驅(qū)動齒輪也存在移位的可能、減速機本身存在累計誤差等問題；對于長距離輸送、需要準確的相對位置移動的工況時，需要外部加編碼器確保移動距離為程序設(shè)定距離。為防止機器人發(fā)生移位碰撞，外部編碼器一般在齒條一側(cè)，編碼器輸出軸處安裝與齒條同等模數(shù)的隨動齒輪，當機器人移動時編碼器隨動齒輪在齒條上從動滑行，實時監(jiān)控外部軸移動的位置，對于本體重量較大的機器人常采用斜齒輪傳遞并并帶有齒間隙調(diào)整機構(gòu)。

3.4 移栽平臺總成

移栽平臺是機器人整體運行的載體，設(shè)計時需根據(jù)不同品牌機器人底座的安裝尺寸來設(shè)計，預(yù)留相應(yīng)的螺紋安裝孔和銷孔。采用Q235-A鋼板焊接而成，上部連接機器人安裝底座面，下部與滑塊或者滾軸箱連接，齒間隙調(diào)整機構(gòu)的伺服電機減速機總成安裝在此平臺上，為平臺提供驅(qū)動力。移栽平臺多為平板型，近年各廠家為了機器人外部軸的美觀性及保護導(dǎo)軌也將平臺設(shè)計成C形，導(dǎo)軌從C中間過，并在平臺中心位置布置有防塵板及踩踏板。

3.5 潤滑系統(tǒng)

在長距離運動或高速運轉(zhuǎn)的外部軸中應(yīng)該配備自動潤滑系統(tǒng)，常應(yīng)用于直線導(dǎo)軌的潤滑，采用潤滑脂作為直線導(dǎo)軌的潤滑劑，系統(tǒng)采用氣動供油泵或電動供油泵，并采用間歇供油的方式，需油量可以按照以下公式計算。

W×L×0.004ml/小時

W-導(dǎo)軌寬度

L-運行長度

對于單根導(dǎo)軌配備雙滑塊的使用情況，單個潤滑點的油量可減半。此處的潤滑系統(tǒng)整體需要具備四個滑塊潤滑點外加一處齒輪潤滑點。對于齒輪潤滑處若是人工保養(yǎng)維護方便的情況，可以不設(shè)置自動潤滑點，因為此處齒輪運行速度一般設(shè)置較小且不需要連續(xù)運行，可以采用定期人工在齒條處刷潤滑脂的方法。

3.6 防護裝置

為了防止機器人在工作時工件掉落以及工作環(huán)境的顆粒粉塵等因素影響，需要對導(dǎo)軌面及齒條面做防護，設(shè)計時可做相應(yīng)的隱藏式安裝或者安裝風琴罩等方法。

3.7 附屬配件

整個系統(tǒng)還需要配備拖鏈、機械限位、運動原點檢測機構(gòu)、極限保護微動開關(guān)等。

4 結(jié)語

工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，帶動社會經(jīng)濟發(fā)展，并產(chǎn)生重大影響。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2020年全世界己經(jīng)近300萬臺機器人投入使用，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，隨著性能的完善及提升，以及各種工況環(huán)境的嘗試應(yīng)用，不僅僅應(yīng)用于汽車的制造，大到航空母艦的生產(chǎn)、軍工產(chǎn)品生產(chǎn)、高鐵的生產(chǎn)；小到拉鏈、紐扣等生產(chǎn)都有廣泛的應(yīng)用。因此機器人外部軸的生產(chǎn)需要系列化、標準化。機器人外部軸的應(yīng)用量，也將成為一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。