1、使用要求分析

 
對於選型的人員首先要有物理運動學基礎，材料力學基礎，伺服驅動器使用和數控係統的應用經驗，但最主（zhǔ）要（yào）是把用戶的問題和要求等了解清楚。對於簡單任務和有經（jīng）驗的工程師通過（guò）電話和郵件就可以溝通好，而對複雜的任務（wù）要到現場雙方共同分析和製定任務描述，給出具體合理的（de）要求。下麵是所需要的主要信息（xī）：
 
機械手的工作（zuò）過程，手抓（zhuā）和負載的總重量，一（yī）個完（wán）整的工作周期是多（duō）少，可能分（fèn）解成的子運動及對應的（de）時間，運動和取抓過程中與（yǔ）其它設備（bèi）的同步/握手要求，各個運動軸的有效運動長度及允許的（de）最大運行速度及加減速度，機械手工作周圍空間上的限（xiàn）製，使用環境有粉末，高溫，水和濕度等特殊防護要求，
 
2、機械手結構形式選擇
 
根據前麵“使用要求分析（xī）”中獲得的信息資料來選擇機械手的（de）結（jié）構形式。原則上盡可能選擇龍（lóng）門式直角坐標機械手，但有時受工作空間（jiān）限製必須選擇懸臂式等。在食品搬運和玻璃切割（gē）等項目中會（huì）產生大量粉末,傷害運動軸裏麵的導軌，此時最好采用吊掛式機械手。有時根據負載（zǎi）及運動距離和空間限製必須選用掛（guà）臂式。根據機械手的工作任務來確定負載（zǎi）的運動位（wèi）置精度（dù）要求，要（yào）考慮（lǜ）減速時晃動產生的位置誤差。根據機械手的工作任務及其工作空間上的（de）限製來確定運動軸數量及各自運動行程。
 
3、規劃運動軌跡及運動（dòng）速度
 
根據（jù）機械手的工作任務和空間限製來（lái）規劃運（yùn）動軌跡。盡（jìn）可能減少運動距離，對工作周期要求嚴的應用要盡可能運用多軸同（tóng）時運動來減少運動時間和降低運動速（sù）度。抓取負載後（hòu）運動（dòng）速（sù）度要低，空載返回（huí）原始點時要快。負（fù）載大時加速度和減速度要小，盡可能避免產生（shēng）巨大的衝擊力。根據上麵的原則給出各段運動的速度，加速度和減速度。各個運動段（duàn）間盡可能平穩變速以保證工作周期,減少衝擊力和運行噪音。在運動速度分配時要充分考慮各個運動過程與其（qí）它設備間的（de）同步協調時（shí）間，而且規劃的運動時間要比用戶要求的時間短些（xiē）。
 
4 受力分析
 
根據速度分（fèn）析得出各個軸的最大加速度和減速度。然（rán）後再計算出多軸同時運動時產生（shēng）的合（hé）成（chéng）最大減速度。選擇獨立運動（dòng）的減速度和同時運（yùn）動時（shí）合成減速度二者中大的減（jiǎn）速度，根據這個最（zuì）大的減速度（dù）計算出XYZ三個方向的最大衝擊（jī）力Fx, Fy和Fz及（jí）產生（shēng）的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。在計算不同軸扭曲力矩Mx, My和Mz時要考慮等效負載的重心（xīn）位置，總重力（lì）和減速時產生的衝擊力。
 
根據（jù）Fx, Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz來選擇出各個（gè）運動軸的結構形式和（hé）型號。還要考慮各個運動軸間的連接方式，保證其強度，有足夠的抗衝擊（jī）力能力，使其（qí）能長期穩定高速高效工作。
 
5 變形分（fèn）析
 
繞度形變僅在大跨度懸空方式下，而且受力很（hěn）大的情（qíng）況下才發生。其繞（rào）度形變量的計算方法見下麵的公式。 但Z軸和X軸的（de）安裝方式保證了本（běn）公司機（jī）器人沒有繞度形變發生或（huò）繞（rào）度形變極其（qí）微小可以忽略不（bú）計。
f = (F×L3)/(E×I×192)
f：撓度形變 (mm) f≤ 1 mm
F：負載壓力 (N)
L：導軌長度 (mm)
E：彈性模量(70,000N/mm2)
I：麵積平方(mm4) 在很多任務中可以允許在運動中有一（yī）定（dìng）量的變形，但在玻璃切割（gē）機等（děng）數控（kòng）設備類的（de）應用中是不允許產生變形（xíng）的。為此我們要根據前麵（miàn）求出的最大力來查看各種型號（hào）運動軸的變形量曲線（xiàn）。必要（yào）時可以選擇加強（qiáng）型，付加加強板等，詳情（qíng）請與沈陽百格機器人公司周文寶（bǎo）聯係。
 
6 選擇驅動電機
 
根據直線定位（wèi）單元驅動軸的（de）最高轉速來選（xuǎn）擇驅動電機（jī）。當（dāng）驅動（dòng）軸的最高轉速低於600轉/分時通常選（xuǎn）用步（bù）進電（diàn）機，否則要選用交流伺服（fú）電（diàn）機。但交流伺服電機的最高轉速不要超過（guò）3000轉/分，否則影響其壽命。當選用步進電機（jī）做驅動軸時，其負載（zǎi）的轉動慣量與步進電機的轉動慣量比（bǐ）要小於12，當選用伺服電機做驅動軸時（shí），其（qí）負載的轉動慣量與伺服電機的轉動慣量比要（yào）小於8，否則影響其高動態特（tè）性。但轉動慣量比大於上麵的數值時，要加德（dé）國扭卡特公司的精密行星減速機。在不超過驅動電機最高轉（zhuǎn）速（sù）限製情況下，要盡量選擇大減速比的減速機。為了保證高的動態（tài）特性，保證在約定的時間（jiān）內完成（chéng）任務，驅動電機的最大出力要比（bǐ）理論（lùn）計算值至少高出85%。我們通常所選擇的驅動電機的最大出力要比理論計算（suàn）值至少高出100%，而轉動慣量比要小於5。還要考慮所（suǒ）選擇的伺服電機能與德國扭卡特公司的精密行星減速機匹配，減（jiǎn）速機要能安裝到（dào）驅動軸上，及電機的控（kòng）製（zhì）方式與數控係統相配合。有關（guān）驅動電機和減速（sù）機的詳細技術數據和使用注意（yì）事項請與沈陽百格機器人公司聯係。
 
7 確定機械手的結構及各個運動軸
 
根據上麵6個方（fāng）麵的信息（xī）和數據就可以最終選定機械手的結構形式及（jí）每個運動軸的具體型號和長度等，通常我們能從圖片庫中找出同樣結構的照片，這裏的照片是（shì）指CAD圖或以往用戶機器人（rén）的照片（piàn）。還要設計好各個軸間的連接板，不僅要考慮機械方麵的裝配配（pèi）合精（jīng）度，材料的物理強度，連接螺絲杆的拉力等，更要考慮在（zài）主要受衝擊方向加大加強連接板，必（bì）要時增加連接板。主要螺絲杆和螺絲帽要加膠，以防長期振動後變鬆動。
 
機械手在加（jiā）速和減速時會產生強大的衝擊力，而且通常每天要工作24小時，所以機械（xiè）手必須被牢固地安裝（zhuāng）在支架上。機械手的支架要有足夠的抗衝擊力，要有地腳，以保證在長期高速（sù）高動態運動衝擊下，沒有任何晃動。此外在（zài）安（ān）裝時要保證運動軸間的平行度、平麵度和垂直度。
 
8 連接板設計
 
連接板的方式非常重要，要由有多年實際經驗的師父（fù）來設計。連接（jiē）板的方（fāng）式及質量直（zhí）接關係到所設計生產的機械手能否長期高速高效（xiào）穩定工作。為此要計（jì）算出每（měi）個運動軸的Fx, Fy和Fz及產生的最大（dà）扭曲力矩Mx, My和Mz。這裏在計（jì）算Fx, Fy和Fz時，不時每個軸自己運動時產生（shēng）的力，而是在整個機械手高速運動時，使該軸產生的最大合成運動速度和加減速度值對應的Fx, Fy和Fz。而Mx, My和Mz的計算也要考慮等（děng）效重心位置與（yǔ）滑塊中心位置。在求（qiú）出Fx, Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz後，所設計的（de）連接方式（shì）至少要有3倍（bèi）的餘量。