桁架机器人几种典型横梁模块的设计概述

桁架机器人几种典型横梁模块的设计概述

赵健

沈阳新松机器人自动化股份有限公司辽宁沈阳110169

摘要：为解决长行程桁架机器人设计、安装调试等复杂问题，本文提出一套新型桁架机器人模块化设计安装方法。利用此方法可以将长行程桁架机器人的X轴组件、立柱组件、地脚组件形成具有通用性的模块；本文主要对上述X轴组件进行模块化设计，可针对长行程桁架机器人进行有效组合拼接，立柱间距可根据设备排布柔性化安装。经过安装调试，各项指标满足要求，现已大批量应用于实际运行中。

关键词：桁架机器人；模块化设计；X轴模块；长行程；地脚模块

1引言

桁架机器人作为机床自动化上下料的标配搭档，在减轻工人劳动强度，改善劳动条件及提高产能方面优势凸显，随着智能制造时代的来临，其将成为智能化、数字化时代的一个重要产物；随之桁架机器人的设计及安装也将追求更加人性化、系统化，标准化。本文则主要针对X-Z两轴桁架机器人的X轴组件、立柱组件、地脚组件的模块化设计做概述说明。提供一套方便有效的桁架机器人模块化设计及安装调试方法。

2模块化设计概述说明

桁架机器人采用模块化设计，对于X轴横梁可以进行各种长度的拼接，组成多台联机的生产线，柔性大，可改造性强；对于立柱的模块化设计可以通过立柱拼接实现多种高度组合；地脚模块化设计则减轻设计工作量及后期安装问题。各模块在机械上是相互独立的，也可在一定范围内进行任意组合，可实现安装调试与机床分开进行。桁架模块化设计要素如下。

2.1行程长度确定

在大规模的工业制造生产中，一套自动化程度很高的生产线往往由几个或几十个工序组成，即由非常多的加工及辅助设备组成，桁架机器人经常在其中承担许工序与工序之间的物流转运工作，因此假设在一条有5个工位组成的加工生产线中，其整线长度预计超过28m。参数假设如下：

表1较长行程桁架机器人加工自动线假定参数

2.2模块化设计原则

经过论证，采用模块化设计可以大大降低长行程的生产线的设计安装难度，原则如下：1）将传动方式确认为齿轮、齿条传动，导轨的设计长度等于齿条的理论长度；2）横梁组件与立柱组件配合时采取可移动机构连接方式，而非固定孔距的连接方式；3）因长行程设计时会对桁架机器人的竖直方向（立柱方向）产生很大的高度差，所以需要设计调整量较大的地脚组件。［1］［2］［3］

3桁架X轴模块化结构设计

3.1A/B/C/D类型横梁模块化设计结构

3.3.1A/B/C类型横梁模块——端面槽型轨道固定式

下图1、2所示为A/B/C/D四种类型的横梁模块，通过不同的结构形式都可以完成快速组合拼接的目的，长度有1米、2米、5米、6米可供选择，可组合拼接任意长度。A/B/C三类为采用导轨槽型轨道固定式，立柱可以在横梁任意位置进行连接，柔性强。A类横梁模块在横梁背部通过T型连接板与立柱固定，其连接特征与铝型材类似适合应用于搬运轻型负载场合；B类横梁模块在横梁上下焊接连接凹槽，立柱与凹槽通过连接板和螺栓进行固定，连接板在凹槽中可自由移动来调节立柱位置；C类横梁连接模块在横梁背部焊接一整块横梁连接板，立柱与横梁连接板通过压板和螺栓进行固定。

图1.A/B/C类型横梁模块示意图

3.3.2D类型横梁模块——等距阵列螺纹孔形式

采用等距阵列螺纹孔式模块化横梁，立柱安装时需要与横梁孔对齐，立柱在X轴方向不是完全柔性移动，留有一个安装孔间距的误差，此种形式需在横梁背部留有所有安装螺纹口。

3.2地脚模块结构及设计

实际应用时桁架机器人行程较长，横梁模块设计总行程通常会在20m~90m之间，考虑到与横梁连接的立柱可在整个长行程的跨距内具备足够的高度调节量（高度方向，调整量可达100mm左右），即需要设计有比较大的调整量的地脚组件，并且可以对X、Y、Z的角向做一定量的补偿，地脚组件［4］［5］［6］详细设计如图3所示。凹型环与锥形环相互作用用以调整X、Y、Z的角度补偿量，立柱锁紧螺栓、地脚锁紧螺栓及地脚螺栓相互作用用以调整高度方向所需的补偿量，地脚螺栓采用细牙大螺纹以使连接牢固。

图2.D类型横梁模块示意图

图3.地脚螺栓组件截面图

4结论

本文讨论了长行程桁架机器人的模块化设计思想和原则，对长行程二轴桁架机器人的X轴横梁组件结构进行了模块化设计，提出了四种X轴模块的机械结构设计方案概述，同时也针对连接的地脚组件做了结构概述；依据此思想和方法设计制造的长行程二轴桁架机器人，设计及实际应用结果表明四种横梁模块化设计概念均能满足实际生产需求，同时模块化设计方便选材降低设计及采购成本，可快速实施设计变更，还能在安装地面不平整时制定有效调节方案，经安装调试及运行使用，桁架机器人的模块化设计各项性能符合技术参数要求，运行平稳可靠，达到了预期目标。

参考文献：

[1]权占群，张树礼．桁架机械手及在柔性加工自动线上的应用[J]．金属加工，2014（12）；23-25．

[2]（日）日本机器人学会浅野哲夫内山圣.新版机器人技术手册SS号119273762007-10.

[3]（日）日本机器人学会译许郁文机器人科技2015年1月第1版.

[4]（美）布鲁诺.西西利亚诺机器人手册第2卷机器人技术/2016-05-06/机械工业出版社.

[5]叶晖编工业机器人典型应用案例精析机械工业出版社出2013年06月.

[6]李慧，马正先，逄波著工业机器人及零部件结构设计/2017-01-01/化学工业出版社.

作者简介：

赵健（1983-），男，辽宁鞍山人，工程硕士，工程师。