一、直角坐标机器人介绍

机器人按照ISO 8373的定义是：位置可以固定或移动，能够实现自动控制，可重复编程，多功能多用途，并且末端操作器的位置要在三个或三个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里的自由度指的是可运动或转动的轴。在各行各业中广泛应用的大型直角坐标机器人主要以直线运动轴为主，其每个运动轴通常对应于直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴。一般而言，X轴和Y轴是水平面内运动，而Z轾则是上下运动。某些应用中，Z軸可能会带有一个旋转軸，或带有一个摆动軸和一个旋转軸。在绝大多数情况下，大型直角坐标机器人的每个直线运动轨迹之间都保持着90度的夹角。这类机器人不仅经济实惠，而且编程简单易维护，同时也能方便组合成各种样式结构，使其带载能力从10公斤到几吨，不同尺寸上的最大行程达到了几十米，最终运行速度可达到每秒8米，加速度可达每秒4米，并且重复定位精度可以达到0.05毫米甚至更高。

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工件来说，油浸处理就非常必要。本项目中需要搬运的工件及其对应抓取手爪总重量为350公斤，其中水平移动距离为4米，上下移动行程为2米，并要求运行速度达到1米/秒。采用龙门式搬运机构显得尤为合适。本项目作为浸油输送线的一部分，将完成自动上料、机械手搬运浸油、吹气淋油等工作，以确保工件质量并实现防锈目的。

三选型理论分析

针对该任务要求及现场空间限制，我们首先选定了二维XZ直角坐标机器人的形式，然后进行了运动节拍与速度分析。此后，我们计算出XYZ三个方向所需最大冲击力Fx,Fy以及Fz及产生扭曲力的Mx,My,Mz。当XZ两个方向同时减速时所需最大的冲击力将通过合成减速度来计算Fx,Fy,Fz及Mx,My,Mz。在考虑不同方向扭曲力的Mx,My,Mz时，还必须考虑等效负载中心位置，以及总重力与减速时产生冲击力的影响。

四、电机驱动选择：

该高速龙门式搬运机构设计要求最高运行速度达1米/秒，加速度2m/s²，因此所选用的驱动电机会比理论值提升100%以保证性能。此外，由于整个系统具备强大的抗冲击能力并承受大量振动，因此用于Z-AXIS及X-AXIS（即横向与纵向）的伺服电機均来自德国Neugart精密行星减速装置厂家，这种设计提供了额外安全保障。此外，该系统还配备了德国产伺服电機以提高整体性能稳定性，从而确保长期高效连续运行。

五结论：

利用ROBOWORKER公司提供的大规模负载龙门式搬运机构后，不仅极大地提升了产品生产效率，但也降低了一系列的人力成本。经过半年使用，该设备已经回收投资成本，并预计至少能持续十年不间断工作。这项技术成果对于未来的工程项目至关重要，为开发更多具有更大负荷能力、高动态特性的悬臂式以及其他类型直接坐标机械臂奠定坚实基础。随着全球工业化进步，这类技术将继续发挥重要作用，在未来市场占据更加广阔的地位。