宋福平

（青島新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司 山東 青島 266000）

引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)成為各生產(chǎn)企業(yè)必不可少的，其中工業(yè)機(jī)器人成為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的主要成員。由于機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)為了保證精度臂展不宜過大，因此對(duì)于一些遠(yuǎn)距離的輸送、搬運(yùn)、碼垛、上下料等工作就會(huì)受到限制。為了機(jī)器人能夠滿足各種特殊工況，實(shí)現(xiàn)一機(jī)服務(wù)多臺(tái)設(shè)備，就需要配備不同形式的外部軸。對(duì)于六軸機(jī)器人來說，外部軸便是第七軸，但是對(duì)于三軸、四軸等軸數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人來說便是第四軸或第五軸等，所以下文統(tǒng)一叫機(jī)器人外部軸。

1 機(jī)器人地軌安裝形式

機(jī)器人外部軸的空間安裝位置可分為以下幾種：空中安裝、地面安裝、斜置等?？罩邪惭b又分為機(jī)器人倒裝及側(cè)置等。地面安裝方式由于施工簡單、成本較少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以各集成商經(jīng)常選用此方式；缺點(diǎn)是占地面積大。所以越來越多的用戶規(guī)劃設(shè)備時(shí)希望集成商將機(jī)器人安裝在空中，有效利用工廠的立體空間，以此來增加地面的作業(yè)面積[1]。

2 外部軸的形式

外部軸常設(shè)計(jì)成以下幾種結(jié)構(gòu)方式：齒輪齒條式、滾珠絲杠式、滾輪驅(qū)動(dòng)、直線電機(jī)、AGV驅(qū)動(dòng)等。按照導(dǎo)向方式分為：有軌導(dǎo)向和無軌導(dǎo)向，無軌導(dǎo)向是運(yùn)用AGV小車作為機(jī)器人的外部行走軸。有軌導(dǎo)向按照負(fù)載輕重及運(yùn)行速度快慢一般分為兩種：直線導(dǎo)軌導(dǎo)向、矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向；最常用的是直線導(dǎo)軌，當(dāng)工作環(huán)境的運(yùn)行速度較快、導(dǎo)向承載較大沖擊、載荷頻繁變化的工況下，建議選用矩形導(dǎo)軌，因?yàn)榫匦螌?dǎo)軌滾輪箱內(nèi)滾輪與導(dǎo)軌平面接觸面大，而直線導(dǎo)軌僅是每個(gè)滾珠的點(diǎn)接觸面小，所以在發(fā)生撞擊或者沖擊時(shí)，直線導(dǎo)軌更容易發(fā)生問題，產(chǎn)生不可逆的損壞。

3 常用外部軸的主要結(jié)構(gòu)

外部軸的常用結(jié)構(gòu)主要由八部分組成：軌道基座總成、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)、行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、移栽平臺(tái)總成、潤滑系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、防護(hù)裝置、附屬配件。

3.1 軌道基座總成

外部軸基座常采用方鋼及鋼板焊接后經(jīng)過熱時(shí)效處理后進(jìn)行機(jī)加工，需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目工況非標(biāo)設(shè)計(jì)。焊接加工時(shí)為小批量加工，沒有完善的焊接工藝及工序，多為人工焊接所以質(zhì)量及外觀較差?，F(xiàn)由于自動(dòng)化對(duì)于機(jī)器人第六軸需求量的增加，現(xiàn)在已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人行走軌道系統(tǒng)，系列化后軌道基座采用熱鑄造成形，整體質(zhì)量穩(wěn)定、變形量小。按照需要的尺寸長度進(jìn)行拼裝或者是截取。一般單個(gè)鑄造基座分為3米、2米、1米三種規(guī)格，可以拼裝任意整數(shù)米長。

3.2 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)

對(duì)于機(jī)器人本體重量小于1t，臂展小于2米的機(jī)器人，均可以采用直線導(dǎo)軌做為導(dǎo)向裝置，并配備雙導(dǎo)軌雙滑塊的安裝方式。對(duì)于機(jī)器人本體重量較大、臂展較長、斜置安裝、倒置安裝等作業(yè)方式時(shí)，建議采用矩形導(dǎo)軌，并配合滾軸箱使用。

3.3 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)部分多為伺服電機(jī)配備相應(yīng)減速比的行星減速機(jī)為主。此處由于伺服電機(jī)輸出軸與減速機(jī)聯(lián)軸器間存在移位的可能、減速機(jī)與驅(qū)動(dòng)齒輪也存在移位的可能、減速機(jī)本身存在累計(jì)誤差等問題；對(duì)于長距離輸送、需要準(zhǔn)確的相對(duì)位置移動(dòng)的工況時(shí)，需要外部加編碼器確保移動(dòng)距離為程序設(shè)定距離。為防止機(jī)器人發(fā)生移位碰撞，外部編碼器一般在齒條一側(cè)，編碼器輸出軸處安裝與齒條同等模數(shù)的隨動(dòng)齒輪，當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)時(shí)編碼器隨動(dòng)齒輪在齒條上從動(dòng)滑行，實(shí)時(shí)監(jiān)控外部軸移動(dòng)的位置，對(duì)于本體重量較大的機(jī)器人常采用斜齒輪傳遞并并帶有齒間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。

3.4 移栽平臺(tái)總成

移栽平臺(tái)是機(jī)器人整體運(yùn)行的載體，設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)不同品牌機(jī)器人底座的安裝尺寸來設(shè)計(jì)，預(yù)留相應(yīng)的螺紋安裝孔和銷孔。采用Q235-A鋼板焊接而成，上部連接機(jī)器人安裝底座面，下部與滑塊或者滾軸箱連接，齒間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)減速機(jī)總成安裝在此平臺(tái)上，為平臺(tái)提供驅(qū)動(dòng)力。移栽平臺(tái)多為平板型，近年各廠家為了機(jī)器人外部軸的美觀性及保護(hù)導(dǎo)軌也將平臺(tái)設(shè)計(jì)成C形，導(dǎo)軌從C中間過，并在平臺(tái)中心位置布置有防塵板及踩踏板。

3.5 潤滑系統(tǒng)

在長距離運(yùn)動(dòng)或高速運(yùn)轉(zhuǎn)的外部軸中應(yīng)該配備自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，常應(yīng)用于直線導(dǎo)軌的潤滑，采用潤滑脂作為直線導(dǎo)軌的潤滑劑，系統(tǒng)采用氣動(dòng)供油泵或電動(dòng)供油泵，并采用間歇供油的方式，需油量可以按照以下公式計(jì)算。

W×L×0.004ml/小時(shí)

W-導(dǎo)軌寬度

L-運(yùn)行長度

對(duì)于單根導(dǎo)軌配備雙滑塊的使用情況，單個(gè)潤滑點(diǎn)的油量可減半。此處的潤滑系統(tǒng)整體需要具備四個(gè)滑塊潤滑點(diǎn)外加一處齒輪潤滑點(diǎn)。對(duì)于齒輪潤滑處若是人工保養(yǎng)維護(hù)方便的情況，可以不設(shè)置自動(dòng)潤滑點(diǎn)，因?yàn)榇颂廄X輪運(yùn)行速度一般設(shè)置較小且不需要連續(xù)運(yùn)行，可以采用定期人工在齒條處刷潤滑脂的方法。

3.6 防護(hù)裝置

為了防止機(jī)器人在工作時(shí)工件掉落以及工作環(huán)境的顆粒粉塵等因素影響，需要對(duì)導(dǎo)軌面及齒條面做防護(hù)，設(shè)計(jì)時(shí)可做相應(yīng)的隱藏式安裝或者安裝風(fēng)琴罩等方法。

3.7 附屬配件

整個(gè)系統(tǒng)還需要配備拖鏈、機(jī)械限位、運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)檢測機(jī)構(gòu)、極限保護(hù)微動(dòng)開關(guān)等。

4 結(jié)語

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并產(chǎn)生重大影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2020年全世界己經(jīng)近300萬臺(tái)機(jī)器人投入使用，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，隨著性能的完善及提升，以及各種工況環(huán)境的嘗試應(yīng)用，不僅僅應(yīng)用于汽車的制造，大到航空母艦的生產(chǎn)、軍工產(chǎn)品生產(chǎn)、高鐵的生產(chǎn)；小到拉鏈、紐扣等生產(chǎn)都有廣泛的應(yīng)用。因此機(jī)器人外部軸的生產(chǎn)需要系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)器人外部軸的應(yīng)用量，也將成為一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。