幾十米行程的切割機(jī)、鉆孔機(jī)及銑削加工設(shè)備在很多工業(yè)領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。某些應(yīng)用要求做成可移動(dòng)的20m×10m的大平臺(tái)，而在其他應(yīng)用中則要用到10m行程的數(shù)控鉆或數(shù)控銑。在精密測(cè)量、質(zhì)量檢測(cè)和無(wú)損探傷等應(yīng)用中有時(shí)要在10m×4m×3m的3D空間內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)。在這些超大行程的應(yīng)用中采用傳統(tǒng)的機(jī)床式結(jié)構(gòu)是很難實(shí)現(xiàn)的，而且成本很高。若采用直角坐標(biāo)機(jī)器人則能輕易滿(mǎn)足上述需求。本文以一臺(tái)總長(zhǎng)24m的數(shù)控切割機(jī)器人為例來(lái)介紹如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的超大行程。

結(jié)構(gòu)形式

這里通常采用兩根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸，將其并排擺放，隔一兩米遠(yuǎn)（可按用戶(hù)要求變換間隔長(zhǎng)度）加一個(gè)連接鋁材，形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)方式。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝在一個(gè)金屬支架平臺(tái)上，兩根24m長(zhǎng)的PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸也全部放置在支架平臺(tái)上，這樣任何部位都不會(huì)有下降彎曲。由于平臺(tái)負(fù)載約700kg，所以每個(gè)PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸上都帶有3個(gè)滑塊，共計(jì)6個(gè)滑塊來(lái)保證平臺(tái)的帶負(fù)載能力和運(yùn)行平穩(wěn)性。

圖1 將兩根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸并排連接，隔一兩米遠(yuǎn)加一個(gè)連接鋁材

負(fù)載能力

若每根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸采用3個(gè)滑塊進(jìn)行剛性連接，則其負(fù)載能力可以提高5倍以上。因此，單根PAS44BB在配備3個(gè)滑塊后，其負(fù)載能力能夠達(dá)到500kg以上；采用兩根PAS44BB并排擺放時(shí)，其負(fù)載能力可達(dá)1000kg。每個(gè)PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸內(nèi)都裝有THK SHS 25導(dǎo)軌和兩個(gè)滑塊。單根THK SHS 25導(dǎo)軌和單個(gè)滑塊的最大理論載荷為：C=36.8kN, C0=64.7kN。在機(jī)床參數(shù)中通常用這一數(shù)據(jù)除以10，則動(dòng)載荷為：C=3.68kN，約為368kg。一根PAS44BB配備兩個(gè)滑塊，但由于設(shè)備的最高速度為5m/s，加速度為4m/s2，因此為保證安全,機(jī)器人上的負(fù)載一般為100kg（機(jī)床上為500~1000kg）。每根運(yùn)動(dòng)軸帶3個(gè)滑塊，實(shí)際對(duì)應(yīng)6個(gè)THK滑塊，所以其負(fù)載能力至少可以達(dá)到800~1000kg。當(dāng)把兩根運(yùn)動(dòng)軸PAS44BB并排連接使用時(shí)，其負(fù)載能力增加2倍，所以，這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力可增加到2t。

驅(qū)動(dòng)和級(jí)聯(lián)

在此運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上采用了齒輪齒條的傳動(dòng)方式，選用國(guó)內(nèi)數(shù)控切割機(jī)床所使用的產(chǎn)品，其承受的最大推力和精度等級(jí)均被國(guó)內(nèi)數(shù)控切割機(jī)企業(yè)和用戶(hù)所認(rèn)可。圖2所示就是一個(gè)利用齒輪齒條傳動(dòng)的案例。

由于單根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸的最大長(zhǎng)度為6m，在這里要把6根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸連起來(lái)形成總長(zhǎng)24m的運(yùn)動(dòng)單元，這樣兩根24m的直線運(yùn)動(dòng)單元如圖1所示并排連接起來(lái)。

圖2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通常采用齒輪齒條的傳動(dòng)方式

若采用單根長(zhǎng)度為4m的直線導(dǎo)軌，就要保證在兩根PAS44BB運(yùn)動(dòng)軸接頭處有一個(gè)完整的直線導(dǎo)軌，以保證其通過(guò)接頭處的平穩(wěn)運(yùn)行。圖3所示鋁型材有標(biāo)準(zhǔn)的連接方式，圖中兩處帶紅色字母A的位置是直線導(dǎo)軌連接處，這是必須連接的；而兩處帶有紅色字母B的位置和帶紅色字母C的位置都是可選的，在B處或C處加入約500mm長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)連接件，外面用精密螺絲桿擰緊。這樣的連接方式保證了24m長(zhǎng)的直線運(yùn)動(dòng)單元的直線度和平面度。百格拉利用這種連接方式為很多用戶(hù)提供了超長(zhǎng)機(jī)器人，如其為瑞典某公司提供的4臺(tái)18m有效行程的數(shù)控火焰切割機(jī)。

圖3 運(yùn)動(dòng)單元的截面圖

在這里影響定位精度的主要因素是齒輪齒條和傳動(dòng)齒的精度及其裝配精度。對(duì)于寬度大的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)要在兩側(cè)分別加裝齒輪齒條，以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)兩側(cè)的同時(shí)驅(qū)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

圖4 關(guān)節(jié)式機(jī)器人懸掛在大行程運(yùn)動(dòng)軸上

總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將24m長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)如圖4所示安裝在一個(gè)高梁上，使關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛工作，也可將其安裝在地面梁上，使之可以在24m平臺(tái)上快速移動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為0~23m，加上關(guān)節(jié)機(jī)器人自身的工作半徑，可令其在約25m×2m的范圍內(nèi)對(duì)大型件和超長(zhǎng)件進(jìn)行打磨、拋光、劃線、鉆孔、銑削、焊接和切割等任務(wù)。采用類(lèi)似的方法也可做成100m 行程的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，但隨著長(zhǎng)度的增加，其安裝調(diào)試的難度也將相應(yīng)加大。