1、使用要求分析

 
對（duì）於選型的人員首先要（yào）有物理運（yùn）動學基（jī）礎（chǔ），材料力學（xué）基礎，伺服驅動（dòng）器使用和數控係統的應用經（jīng）驗，但最主要是把用戶的問題和要求等了解清楚。對於簡單任務和有經驗的工程師通過電話和郵件（jiàn）就（jiù）可以（yǐ）溝通好，而對複雜的（de）任務要到現場雙方共同分析（xī）和製定任務描述，給出（chū）具體合理的要求。下麵是所需要（yào）的主要信息：
 
機械手（shǒu）的工作過（guò）程（chéng），手抓和負載的總重量，一個完整的工作周期是多少，可能分解成的子運動及對應的（de）時間，運動和取抓過程中與其它設備的同步/握手要（yào）求，各個運動（dòng）軸的有效運動長度及允許的最（zuì）大運行（háng）速度及加減速度，機械手工作周圍空間上的限製，使用環境有粉末，高溫，水（shuǐ）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”中（zhōng）獲得的（de）信息資料來選（xuǎn）擇機械手的結構形（xíng）式。原則上盡可能選擇（zé）龍門式直角坐標機械手，但有時受工作空間限製必須選擇（zé）懸（xuán）臂式等。在食品搬運和玻（bō）璃切割等項目中會產生大量粉末,傷害運動軸裏麵的導軌，此時最好采用吊掛式機械手（shǒu）。有時根（gēn）據負載及運動距離（lí）和空間限製（zhì）必須選（xuǎn）用掛臂式。根據（jù）機械手的工（gōng）作任務來確定負載的運動位置精度要求，要考慮減（jiǎn）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（jiān）上的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（yùn）動速度
 
根據（jù）機械手（shǒu）的工作任務和空（kōng）間限（xiàn）製（zhì）來規劃運動軌（guǐ）跡。盡可能減少運（yùn）動距離（lí），對工（gōng）作周期要求嚴的應（yīng）用要盡可能運用多軸同時運動（dòng）來減少運動時間和降低運動速度。抓取負載後運動速度要低，空載（zǎi）返回原始點時要快。負載大時加速度和減速度要小，盡可能避免產生巨大的衝擊力。根據上麵的原則給出各段運動的速度，加速度和減速度。各個運動段間盡可能平穩變速以保證工作（zuò）周（zhōu）期,減少衝擊力和運（yùn）行噪音。在運動速（sù）度分配時要充分考慮各（gè）個（gè）運動過程與其它設備間的同步協調（diào）時間，而且規劃的運動時間要比用戶要求的時（shí）間短些。
 
4 受力分析
 
根據速度分析得出各個軸的最大加速度和減速度。然後（hòu）再（zài）計算出多軸同時運動時（shí）產生的合（hé）成最大減速度。選擇（zé）獨立運動的減速度和同時運動時合成減速度（dù）二者中（zhōng）大（dà）的減（jiǎn）速（sù）度，根據這個最大的減速度計算出XYZ三個方向的最大衝擊力（lì）Fx, Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz。在計算不同軸扭（niǔ）曲力矩Mx, My和Mz時要（yào）考慮等效負載的重心位置，總重（chóng）力和減速時產生（shēng）的衝擊力。
 
根據Fx, Fy和Fz及產生的最大扭曲力矩Mx, My和Mz來選（xuǎn）擇出各個（gè）運動軸的結構形式和型號。還要考慮各個（gè）運動軸間的連接方式，保證其強度，有足夠的抗衝擊力能力，使其能長期穩定高速高效（xiào）工作。
 
5 變形分析
 
繞度（dù）形變僅在（zài）大跨度懸空方式下，而且受力很（hěn）大的情況（kuàng）下才發生。其（qí）繞度形變量的計（jì）算方法見下（xià）麵的公（gōng）式。 但Z軸和X軸的安（ān）裝方式保證了本公司機器人沒有繞度形變發生或繞度形變極（jí）其微小可以忽略不計。
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（liàng）(70,000N/mm2)
I：麵積平方(mm4) 在很（hěn）多任（rèn）務中可以允（yǔn）許在運動中有一定量的變形，但在玻璃切割機等數控設備（bèi）類的應用中是（shì）不允許產生（shēng）變形的。為此我們要根據前麵求出的最大力來查看各種型號運動軸的變形量曲線。必要（yào）時可以選擇加強型，付加加強板等，詳情請與沈陽百格機器人公（gōng）司周文寶聯（lián）係。
 
6 選擇驅動電機
 
根據（jù）直線定位單元驅（qū）動軸的最高轉速來選擇（zé）驅（qū）動電機。當驅動軸的最高轉速低於600轉/分時通常選用步進電機（jī），否則要選用交流伺服電機。但交流（liú）伺服（fú）電機的最高轉速（sù）不要超過3000轉/分，否則影響其壽（shòu）命。當（dāng）選用步進電（diàn）機做驅動軸時（shí），其負載的轉動（dòng）慣量與步進電機的轉動慣量比要小於12，當選用伺服電機做（zuò）驅動軸時，其負載的轉動慣量（liàng）與伺服電（diàn）機（jī）的轉動慣量比要小於8，否則影響其高動態（tài）特性。但轉動慣量比大於（yú）上（shàng）麵的（de）數（shù）值時，要加德（dé）國扭卡（kǎ）特公司的精密行星減（jiǎn）速機。在不超過驅（qū）動電機最高轉速限製情況下，要盡量選擇大（dà）減速比的減速機。為了保證高的動態特（tè）性，保證在約（yuē）定的（de）時間內完成（chéng）任務，驅（qū）動電機的最（zuì）大出力要比理論計算值至少高出85%。我（wǒ）們通常所選擇（zé）的驅動電機的最大出（chū）力要比（bǐ）理論計算值至少（shǎo）高出100%，而轉動慣量比要小於5。還要考慮所選擇的伺服電（diàn）機能與德國扭卡特公司（sī）的精密行星減速機匹配，減速機要（yào）能安（ān）裝到驅動軸上，及電機的控製方式與數控係統相配合。有（yǒu）關（guān）驅動電機和減速機的詳細（xì）技術數據和使用注意事（shì）項請與沈陽百（bǎi）格機器人公司聯係。
 
7 確定機（jī）械手的結構及各個運動軸
 
根據上麵6個方麵的（de）信息和數據就可（kě）以最終選定機械手的結構（gòu）形式及每個運動軸的具（jù）體型號和長度等，通常我們能從（cóng）圖片庫中找出同樣結（jié）構的照片，這裏的照片是指CAD圖或以往用戶機器人的照片。還要設計（jì）好各個軸間的連接板，不僅要考慮機械方麵的（de）裝配配合精度，材料的（de）物理（lǐ）強度，連接螺絲杆的拉力等，更要考慮（lǜ）在主要受衝擊方向加大加強連接板，必要時增加連接板。主（zhǔ）要螺絲杆和螺絲帽要加膠，以（yǐ）防長期振動後變鬆動。
 
機械手在加速和（hé）減速（sù）時會產生強大的衝擊力，而且通常每天要工（gōng）作24小（xiǎo）時，所以機械手必須被牢固地安裝在支架上（shàng）。機械手的支架要有（yǒu）足夠的抗衝擊力，要有地腳，以保證在長（zhǎng）期高速高動態運（yùn）動衝擊下，沒有任何晃動。此外在安裝時要保證（zhèng）運動軸間的平行（háng）度、平麵度和垂（chuí）直度。
 
8 連接板設計
 
連接（jiē）板的方式非常重要，要由有多年實際經驗的師父來設計。連接板（bǎn）的方式及質（zhì）量直（zhí）接關係到所設計（jì）生產的機械手能否長期高速高效穩定工作。為此要計算出每個運動軸的Fx, Fy和Fz及（jí）產生的最（zuì）大扭曲力矩Mx, My和Mz。這裏在計算Fx, Fy和Fz時，不時每個軸自己運（yùn）動時產生的力（lì），而是在（zài）整個機械手高（gāo）速運動時，使該軸產生的最大合成運動速度和（hé）加減速度值對應（yīng）的Fx, Fy和Fz。而Mx, My和Mz的計算（suàn）也要考慮等效重心位置與滑塊中心位置。在求出Fx, Fy和Fz及產生的最大（dà）扭曲力矩Mx, My和Mz後（hòu），所設計的連接方式至少要有3倍的餘量。