一、直角坐标机器人介绍

机器人按照ISO 8373的定义，是一种能够实现自动控制、可重复编程、多功能且在三个或更多自由度内可以编程操作的工业自动化设备。这里，自由度指的是能够运动或转动的轴。在各行各业中广泛应用的直角坐标机器人主要以直线运动轴为主，每个运动轴通常对应于直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴，其中X轴和Y轴是水平面内的运动轴，而Z轾是上下运动軌。在某些应用中，Z軌可能带有一个旋转軸，或带有一个摆动軸和一个旋转軸。在绝大多数情况下，直角坐标机器人的每个直线运动軌之间的夹角为90度。这些机器人的经济性好，编程简单且易于维修，而且它们可以方便地组合成各种样式结构，使其带载能力从10公斤到几吨不等，其超大行程可达几十米，最终运行速度可达每秒8米，加速度可达每秒4米，并具有重复定位精度高达0.05毫米或0.01毫米。

二、任务描述

在一些大型精密机械和机电设备生产过程中，对于需要经常传递但又要防止生锈的工件来说，油浸处理非常必要。本项目需要搬运350公斤工件及对应抓取手爪进行水平移动距离为4米，上下移动行程为2米，以1米/秒运行速度进行搬运。采用龙门式搬运机器人显得尤为必要。本项目作为浸油输送线的一部分，它完成了自动上料、中间机械手浸油工作，以及吹气淋油、工件输送至码箱再输送至穿梭车等工作。所有物品都是放在浸油筐中来实现，这样既保证了物品质量，又达到防锈目的。

三选型理论分析

针对该任务要求以及现场空间位置限制，我们首先选定了二维XZ直角坐标系统，然后进行了运动节拍与速度分析。根据这项分析，我们得出了各个方向单独或同时减速时产生的大量冲击力和扭曲力矩。此外，在计算不同方向扭曲力的矩时，还考虑到了等效负载中心位置总重力以及减速时产生冲击力的影响。

四选型电机与驱动器

为了确保该龙门式搬运机器人的高速稳定运行，我们选择了一套德国Neugart精密行星减速机构及其相匹配伺服电池，同时配置了德国产伺服电池。这款系统提供了所需最大出力的安全系数，为289%；而对于X向驱动部署同样使用Neugart精密行星减速机构，但配备德国产伺服电池，其安全系数则高达212%。

五结论

通过引入ROBOWORKER公司制造商提供的大容量龙门式搬运机械臂，不仅提高了产品生产效率并增强其质量，同时也极大的节约了劳务成本本金。这台机械臂自投入使用后即开始回收投资成本，并预计至少能持续运行十年以上，无需频繁维护。此类巨容量龙门式搬运机械臂在国内尚未普及，本次案例打破了一定的技术壁垒，为未来的更大负荷、大范围、高性能需求场景奠定坚实基础；此外随着全自动化工业规模扩张，这类直接坐标类型机械臂将迎来更广阔市场前景与发展潜力。