轻型高速桁架机械人项目调研.docx
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轻型高速桁架机械人项目调研.docx
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轻型高速桁架机械人项目调研
轻型高速桁架机械人项目调研
一、项目简介
本项目产品轻型高速桁架机械人,目为申报科技型中小企业技术创新项目,是针对小负载(以3kg为例)为对象研究开发的,具有轻型、高速、高精度等特点。
本项目推行后,可用于汽车零部件制造及五金、机械、农机、冶金、化工等行业对机床上下料、搬运、码垛、装配等工序。
改变传统生产方式,改善作业环境,实现数字化、信息化、少人化直至无人化生产,提高生产效率,保证产品质量。
二、项目要求
一、关键技术:
1)虚拟样机技术进行动力学运动学分析,最大移动速度达5000mm/s;
2)有限元技术优化,保证设计材料强度减轻重量;
3)AC伺服操纵技术保证重复定位精度±,加减速响应时刻25ms之内;
二、创新点:
1)虚拟样机技术进行动力学运动学分析;
2)有限元技术优化,保证设计材料强度、减轻重量;
3)AC伺服操纵技术保证操纵精度、缩短加减速响应时刻;
4)齿轮齿条传动、直线导轨保证重复定位精度高;
5)弹簧式柔性手爪,能够夹持多种工件并爱惜工件;
6)成立程序包,适用不同工件的加工程序;
7)体积小、重量轻,方便安装、节约安装空间;
8)提供良好的编程环境及系统操纵指令,易于操作保护。
3、验收技术指标:
1)轻型高速桁架机械人整体重量200kg;
2)运行速度达到5000mm/s以上,加减速响应时刻25ms之内;
3)X轴工作行程2000mm;
4)重复定位精度达±;
5)Z轴负载。
三、机械系统方案
一、用可变速电机驱动的机械系统,一样有以下几类。
1)滚珠丝杠:
精度高(如C1级,5um/300mm),摩擦阻力小,被普遍应用于各类工业设备和周密仪器。
但水平传动时跨距大那么会由于自重下垂变形极,因此传动长度不可太大,且速度受限(<100m/min);
2)同步带:
承载力较大,传动长度不可太大,不然需会发生弹性变形和振动,传动距离大尤其不适合精准定位(一样带轮的节距积存误差会有+\~)、持续性运动操纵;
二维高速运动机械人的同步带应用
3)齿轮齿条:
采纳周密齿轮齿条(JIS2(DIN6h25)乃至JIS1,总节距误差1000mm),假设加工安装精度较高,可实现较高速度和精度要求。
目前国内要紧的桁架机械人均采纳该机械结构形式。
X/Z两轴桁架机械人
4)直线电机:
结构简单;定位精度高,直接传动能够排除中间环节所带来的各类定位误差,如采纳微机操纵,那么还能够大大地提高整个系统的定位精度;反映速度快、灵敏度高,直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑,因此使得动子和定子之间始终维持必然的空气隙而不接触,这就排除定、动子间的接触摩擦阻力。
直线电机结构
HIWIN线性马达平台结构
线性电机结构形式,精度达±1um级,但其整体的重量较重,不适用于轻型桁架;如下为一种线性马达平台:
考虑到项目创新点中提出了齿轮齿条结构,且国内厂家均采纳该结构(见下表1)。
因此,该项目拟采纳齿轮齿条的机械结构形式。
厂家
型号(负载)
最大速度(X/Zm/min)
重复定位精度(mm)
驱动方式
传动方式
控制方式
结构方式/产品重量
金石机器人
S05(负载5kg)
140/80
±
伺服+减速机
齿轮齿条
MCS
结构钢(X轴)+铝合金(Z轴)
新松机器人
桁架机械手(20kg)
120
(±
伺服+减速机
(齿轮齿条)
(CNC)
(结构钢)
宁夏巨能
GS010
120
±
(伺服+减速机)
齿轮齿条
CNC
(结构钢)
沈阳众拓机器人
ZTR机械手(50kg)
90/60
±
(伺服+减速机)
齿轮齿条、同步带
PLC/CNC
(结构钢)
群星机器人
3kg
300
±
伺服+减速机
齿轮齿条
HMC/RCS
铝合金
表1
2、结构型材
为了保证桁架整体重量<200kg,Z轴及滑座的要紧构件均采纳硬质铝合金。
X轴横梁和支柱采纳钢材。
四、电气操纵系统方案
1)本项目采纳伺服+减速机的驱动方式,考虑到齿轮的转速为1500rpm,加减速需要扭矩较大,因此尽可能选择大减速比(一样可选3、4、五、7几种)。
取减速比4,电机转速为6000rpm。
我司前期多采纳台达和西门子的伺服电机,而台达系列伺服电机性价比较高,但的额定转速一样为2000-3000rpm,因此本项目拟采纳西门子电机。
拟采纳S120变频调速模块+CU320操纵单元+AOP30操作面板。
2、电机、减速机
1)总负载按F=500N计算。
线性滑轨的摩擦系数约为,F(摩擦力)=u摩擦力系数*w(垂直方向负载)+S(刮油片阻力);齿轮齿条摩擦系数。
取整体摩擦系数为μ=。
推力f=Fμ=60N;取平安系数K=Ka(负载系数)*Sb(齿轮齿条平安系数)*Fn(寿命系数)=**=;那么齿轮齿条负载为60*=,负载取整120N。
2)匀速运动时:
P=Fv=120*5=600N·m/s=;齿轮的扭矩为:
T1=F*r=120*32/1000=;折算的电机轴扭矩:
T=4=(减速比取4)。
齿轮转速n=v*1000*60/(PI*d0)=5*1000*60/*=1500rpm,减速比取4,电机转速那么为6000rpm。
3)加速运动时:
a=v/t=5/=20(m/s^2)。
齿轮的扭矩为:
M=Fu*d0/2000/4=K*(m*g*u+m*a)*do/2000/4=*(50*10*+50*20)*2000/4=(Nm)
4)选用西门子电机1FT6044-AK71,参数见下表序号4:
5)电机的惯量:
m=50kg;R=32mm;滑台折算到小齿轮轴上的转动惯量:
小齿轮本身的转动惯量:
J2=m2
最终计算电机的转动惯量:
J=J减速机+(J1+J2)/4^2=+(10-4kg·m2)=(10^-4kg·m2)。
惯量比=。
依照电机速度转矩曲线明白,当转速为6000rpm时,扭矩为14Nm;
加减速图:
3、反馈系统
为了保证定位精度要求±
,本项目拟采纳位移传感器将滑台的实际位置进行反馈比较,并进行位置微调。
拟采纳光栅尺(海德汉)进行位置检测,其高精度大型尺最长可做到3000mm,精度达um级,见以下图表。
或能够采纳意大利GEFRANIK1/IK2非接触式直线位移传感器,行程从50到4000mm,位置辨析率达到:
2μm。
光栅尺(海德汉)
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- 轻型 高速 桁架 机械人 项目 调研