350公斤工件大行程龙门式搬运机器人电源技术革新在物品搬运场景中的应用
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、多功能且在三自由度或以上空间内可编程的工业自动化设备。这里，自由度指的是可以运动或转动的轴。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，油浸处理就非常必要。本项目需要搬运350公斤总重量的大型工件，其水平移动距离为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其必要。这项工作属于浸油输送线的一部分，用机械手进行浸油操作，该输送线完成包括自动上料、中间装卸液体材料及后续操作等工作。通过将加工车间加工完成的大型零部件放入专用容器（浸油筐）并由小车运至输送辊道，然后由龙门式搬运机器手抓取并执行浸油任务。
三选型理论分析
针对该任务要求及现场空间位置限制，我们首先选择了二维XZ形式下的直角坐标系统，然后进行了运动节拍与速度分析以及计算出单独或同时两个方向减速时产生最大冲击力。此外，还考虑到了XYZ三个方向上的最大冲击力Fx,Fy, Fz及扭曲力矩Mx, My, Mz，以及当XZ两条路径同时减速时产生冲击力的计算。当计算不同路径扭曲力矩Mx, My 和 Mz 时，我们还考虑了等效负载中心位置及其对总重力的影响。
四、电源技术选型
为了确保所需性能，我们选择了德国Neugart精密行星减速机构搭配伺服电机会驱动整个系统，这种设计保证了足够强大的驱动力量，并且提供了一定的安全系数来适应高速加减速条件。此外，由德国恩格哈公司提供D22数控系统，它具有稳定性高且易于二次开发性质，因此我们主要使用G代码G01与G04来控制整个过程。
五结论
通过引入ROBOWORKER公司提供的人员，这项产品生产效率和质量都获得了显著提升，同时也省去了大量的人力成本。经过半年的正常运行，这台龙门式搬运机器已经回收投资本金，并预期至少能持续十年无故障运行。这项工程是在2007年沈阳莱茵机械有限公司成功实施国内最大负载级别的工业自动化解决方案之后积累起来的一系列经验，为今后更大负载、高动态范围需求下的类似项目奠定基础。而随着全自动化生产技术日益进步，这类基于直角坐标系统设计的大规模工业应用将迎来更加广阔市场前景。