350公斤工件大行程龙门式搬运机器人模块电源系统
一、直角坐标机器人简介
根据ISO 8373的定义，机器人是一种位置可以固定或移动，能够实现自动控制，可重复编程、多功能且多用途的工业自动化设备。这种设备在各行各业中应用广泛，其自由度指的是可运动或转动的轴。在大部分情况下，直角坐标机器人的运动轴以直线运动为主，每个轴通常对应直角坐标系中的X、Y和Z轴，其中X和Y是水平面内的运动轴，而Z是上下方向。除了这些基本轴，有些应用还会添加旋转或摆动轴。此外，这些机器人的设计既经济实惠又易于维护，它们可以组合成各种结构形式，其带载能力从10公斤到几吨不等，大行程可达数十米，最终速度高达每秒8米，加速度达到每秒4米，并且具有0.05毫米至0.01毫米的定位精度。
二、任务需求
在现代制造业中，我们经常需要将几百公斤甚至上吨级别的工件从一个工作台搬运到另一个工作台。这项任务可能涉及2D（仅限XZ）或3D（XYZ）的移动方式，有时还需将物品旋转90度。同时，这种搬运往往要求几个方向同时进行，并且需要保持30米/分至60米/分的速度，以及最大加速度为2m/s²。当有长距离Z轴的情况下，在减速过程中产生强大的冲击力和晃动。而对于许多场合来说，对于晃动要求极低，定位精度通常达到0.1毫米。为了满足这些需求，我们选择了龙门式机器人来完成这一系列大负载、大行程、高速运输任务。
三、选型理论分析与讨论
考虑到该任务所需搬运350公斤工件以及对空间位置限制，我们首先选择了一款基于二维XZ直角坐标系统设计的大型龙门式机械臂，然后进行了详细计算，以确定单独运行和两个方向同时运行时产生的大量冲击力以及扭曲力矩。此外，还要考虑等效负载中心点所在位置，以及总重力的影响。在计算不同传递路径上的扭曲力矩Mx, My 和 Mz 时，也要考虑等效负载中心点所在位置，以及总重力的影响。
四、电源系统配置与讨论
由于本次项目要求最高运行速度达1米/秒，加速度为2m/s²，因此我们必须确保驱动电机具有足够驱动力量，即至少比理论计算值高出100%。因此，我们选用了德国Neugart精密行星减速齿轮箱及德国伺服电机作为我们的驱动系统，同时也确保了数控系统稳定性高并能适应未来开发需求，为此采用了德国恩格哈公司生产的一款D22数控系统，该系统主要使用G代码G01和G04执行命令。
五、小结与展望
通过采用ROBOWORKER公司提供的一系列产品，不仅提升了产品生产效率，也显著提高了产品质量，而且节省大量的人力资源成本。本项目自投入使用后已经收回投资，此外，本企业计划继续扩大其技术研发规模，以推出更具竞争力的新型大负荷、大行程、高性能龙门式机械臂，从而进一步增强其市场地位，为未来的自动化时代奠定坚实基础。此外，由于全自动化生产工业快速发展，这类直接坐标机械臂无疑将迎来更加广阔的市场前景与巨大的发展潜能！