【正文】 人運動有恒速、靜止、加速、減速狀態(tài)。分為慣性力為零和慣性力不為零兩種。根據(jù)機器人位姿的重心位置又分別有懸臂狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)。、。在靜止非懸臂狀態(tài)下，焊接機器人重心作用在四個滑塊之間，即對導(dǎo)軌無側(cè)傾力矩，受力狀態(tài)最優(yōu)。四個滑塊受力與導(dǎo)軌間距、滑塊間距、重心作用點距幾何中心的距離、關(guān)系如下式332所示： (31) (32)本文只對四個滑塊及相應(yīng)導(dǎo)軌部分的最大受力狀態(tài)感興趣，即在這里只取導(dǎo)軌最大作用力研究。 非懸臂狀態(tài)下平裝機器人底座受力模型因為機器人焊接工位不固定在一點，因此帶入加速度參量，分析在非等速狀態(tài)下的受力狀態(tài)。，在階段導(dǎo)軌受力與靜止時相同，不需要考慮加速度影響，當(dāng)在階段時加速度為，在階段時加速度為。當(dāng)考慮加速度因素時，慣性力會以重心為作用點在高度方向上產(chǎn)生前傾力矩和扭轉(zhuǎn)力矩。因此會增加沿滾珠絲杠徑向方向的推力。因此考慮加速度因素時，滑塊最大受力為：在加速階段時的最大受力： (33)在減速階段時的最大受力： (34) 懸臂狀態(tài)下平裝機器人底座受力模型 機器人速度曲線在懸臂狀態(tài)下同樣可計算出加速度為零時四個導(dǎo)軌最大的受力值是： (35)以及在懸臂狀態(tài)下處于加速階段時的最大受力： (36)處于在減速階段時的最大受力： (37)當(dāng)機器人采用壁掛式安裝時，導(dǎo)軌滑塊不僅需要承受垂直基座的力，還需要承受由重心相對基座偏移所產(chǎn)生的平行于基座平面的扭力。在加速度為零時其滑塊、導(dǎo)軌受力最大值分別為： (38) 側(cè)壁吊裝機器人底座受力模型當(dāng)考慮速度參量，則在加速階段時的最大受力為： (39)當(dāng)在加速階段時的最大受力為： (310)本文采用的焊接機器人為Panasonic TA1400 6P6R單臂機器人。只有在有限的空間1范圍內(nèi)，機器人重心才落在四個導(dǎo)軌之間?？梢姍C器人在地面平裝工作在多數(shù)狀態(tài)下均為懸臂狀態(tài)。 機器人工作空間同時在非懸臂加速狀態(tài)的最極端情況下，重心完全落在上時，最大支撐力為。懸臂狀態(tài)下的極端情況，重心距離基座中心最遠(yuǎn)時（此時機器人關(guān)節(jié)臂完全向前伸直），支座滑塊最大支撐力為，在絕大多數(shù)的機器人應(yīng)用中，加速度、均遠(yuǎn)小于。因此在機器人地面水平安裝的最極端條件下，支座最大垂直受力為、最大側(cè)向受力為?？紤]側(cè)壁吊裝的情況。側(cè)壁吊裝在加速階段最大垂直受力為，最大的側(cè)向水平受力為：?，F(xiàn)在對兩種安裝方式下的最大受力情況進(jìn)行討論。：表3. 1不同安裝方式下的最大支承力最大受力地面平裝側(cè)壁吊裝垂直受力側(cè)向受力側(cè)壁吊裝和地面平裝的加速減速過程可以一樣。因此不失一般性的假設(shè)和相同。因此當(dāng)加速度的時候，地面平裝的側(cè)向受力比側(cè)壁吊裝的側(cè)向受力大。在本文的伺服電機驅(qū)動機器人移載平臺的最大加速度為。而且工程應(yīng)用中大多數(shù)的加速度都比前述臨界加速度小。因此從受力的角度分析以地面平裝的焊接機器人導(dǎo)軌平臺更可靠。本文中焊接結(jié)構(gòu)為平面布置焊縫，焊縫分布簡單，因此采用地面平裝方式。 機器人移載平臺研究 絲杠導(dǎo)軌平臺關(guān)鍵部件研究機器人移載平臺即機器人外部軸負(fù)責(zé)機器人在工件長度方向上的工位轉(zhuǎn)換，增加焊接機器人的工作空間，常見的直線傳動方式有絲杠傳動、直線電機等方式。本文選擇滾珠絲杠導(dǎo)軌移動副來實現(xiàn)。這是因為與其他傳動方式相比，滾珠絲杠副有以下特點：1. 滾珠絲杠副發(fā)熱率低、溫升小以及在加工過程中對絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù)緊的方法消除軸向間隙，因此滾珠絲杠副相比其他傳動方式具有高的定位精度和可重復(fù)定位精度。2. 滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動機構(gòu)主要由絲杠、螺母、滾珠等元件組成，可以將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動機構(gòu)的傳動效率比其他傳動形式高。3. 因為采用滾珠循環(huán)方式磨損也比滑動絲杠要小，傳動平衡并無爬行現(xiàn)象，與伺服電機伺服驅(qū)動器配合使用可以實現(xiàn)很高的位控精度。4. 由于滾珠絲杠采用滾珠—滾道接觸方式，材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)化，壽命長本文選擇臺灣上銀滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動機構(gòu)作為機器人外部軸，首先對傳動機構(gòu)的工作條件進(jìn)行分析。滾珠絲杠主要負(fù)載為機器人安裝基座重和焊槍加焊接機器人重，在移動方向上受到滾珠與絲杠之間、軸承內(nèi)外圈之間、滑塊與滑動導(dǎo)軌之間的摩擦阻力作用，合記為滑動阻力。將根據(jù)這些參數(shù)計算選擇合適的滾珠絲杠及配套模塊。 滾珠絲杠導(dǎo)軌副計算模型 滾珠絲杠導(dǎo)軌副安裝條件項目參數(shù)焊接機器人及焊槍重量安裝基座最大行程最高進(jìn)給速度設(shè)計壽命導(dǎo)引面摩擦系數(shù)（滑動）驅(qū)動馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速設(shè)計重復(fù)定位精度在機器人轉(zhuǎn)換工位過程中。 焊接機器人設(shè)計速度曲線計算滾珠絲杠導(dǎo)程，本機構(gòu)由伺服電機與滾珠絲杠直連控制，中間無傳動模塊。因此由驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速可得絲杠導(dǎo)程： (311)考慮到零件成本，過低的導(dǎo)程加工困難，且對絲杠的剛度產(chǎn)生影響。，此處取導(dǎo)程。，加速、減速時間。因此可計算達(dá)到最高速度時行走的距離、等速時行走的距離、減速行走距離： (312)去程等加速階段加速度為： (313)因此可得所需電機驅(qū)動力計算式為： (314)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時電機的轉(zhuǎn)速，同理可求得當(dāng)機器人平臺處于穩(wěn)速階段、勻減速階段的時候，、分別為： (315)可求得滾珠絲杠運動時軸向負(fù)荷與行走距離、時間、。 軸向負(fù)荷變化表動作軸向負(fù)荷行程時間平均轉(zhuǎn)速去程加速度69530900去程等速度13501800去程減速度61030900回程加速度69530900回程等速度13501800 軸向負(fù)荷變化表（續(xù)）回程減速度61030900、平均轉(zhuǎn)速為： (316) (317)確定預(yù)期額定動載荷： (318)因此可以推算處額定預(yù)期動載荷、使用壽命：。滾珠絲杠傳動通過螺紋與滾珠結(jié)合，螺紋底徑的大小影響滾珠絲杠的剛度。因此需要根據(jù)載荷和定位精度要求來確定螺紋底徑。首先根據(jù)定位精度確定滾珠絲杠允許的最大軸向變形量。根據(jù)經(jīng)驗，有以下兩種選擇范圍。 (319)根據(jù)式59，可以確定情況①時允許最大軸向變形量，②時。為保證精度，取。又本工作平臺滾珠絲杠安裝選擇預(yù)拉伸消除軸向間隙，并采用一端固定一端支承的安裝方式。根據(jù)機械設(shè)計經(jīng)驗滾珠絲杠底徑采用式310算法： (320)式中，為最大行程、為導(dǎo)程、靜摩擦力。代入前述參數(shù)計算出滾珠絲杠底徑?？紤]預(yù)算，外循環(huán)插管埋入式墊片預(yù)緊形式滾珠絲杠比內(nèi)循環(huán)浮動式螺紋預(yù)緊造價低，精度相差無幾。因此采用前者。根據(jù)前述計算過程得出的、在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副CMFZD40105可以滿足設(shè)計條件。因為本機器人外部軸滾珠絲杠采用預(yù)緊安裝方式，應(yīng)計算出消除軸向間隙所需的預(yù)緊力。根據(jù)經(jīng)驗公式。絲杠工作時由于溫升和載荷引起杠體沿軸向的伸長，為修正由此造成的誤差，需要在額定行程外計算并增加行程補償量為 (321)式中：，并查手冊可得：；代入以上參數(shù)可以計算出滿行程時行程補償值。滾珠絲杠采用一端固定一端支承的安裝方式，因此固定端采用的支承軸承為深溝球軸承，支承端采用一對角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，以承受徑向載荷和雙向軸向載荷。本文機器人縱向移動的過程中軸承所承受的最大軸向載荷，其中為滾珠絲杠上的預(yù)拉伸力。故最大軸向載荷。且軸承內(nèi)圈直徑應(yīng)略小于滾珠絲杠底徑。查機械設(shè)計手冊確定選用60176。角接觸推力球軸承內(nèi)徑、背對背安裝。另外機器人移載平臺移動還需要動力部分：伺服電機和伺服控制部分：伺服驅(qū)動器。下面將就伺服電機的型號進(jìn)行選擇。伺服電機分為鼠籠型交流伺服電機，這種電機轉(zhuǎn)子為鼠籠型，體積小工作可靠，缺點是運轉(zhuǎn)時不夠平滑，多用于中小功率的自動化控制系統(tǒng)中；齒輪減速鼠籠型交流伺服電機，與前者相比可以直接與大轉(zhuǎn)矩負(fù)載相連接，適用功率范圍更廣泛；非磁性杯型交流伺服電機，用非磁性材料做成杯型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子慣量更小運行更平滑，但是價格也更昂貴；其他還有僅能單方向旋轉(zhuǎn)具有自鎖功能的帶定位裝置交流伺服電機等?？紤]結(jié)構(gòu)簡潔和負(fù)載容量并不大，因此本文不自行設(shè)計減速裝置，選用SY型的鼠籠型交流伺服電機外配一臺伺服驅(qū)動卡，其功能是實現(xiàn)電機的低轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)滾珠絲杠選型計算中的設(shè)定：驅(qū)動伺服電機的最高轉(zhuǎn)速為，啟動加速階段的時間需求在之下，根據(jù)所選擇的滾珠絲杠、聯(lián)軸器、及軸承等其他可動部件計算傳動系的轉(zhuǎn)動慣量；式中為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量、為可動部件的轉(zhuǎn)動慣量、為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量。折算表達(dá)式如下式：(322)由聯(lián)軸器手冊可查為，因此，本傳動系統(tǒng)為單向直線傳遞，因此不需要折算，即也是電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量可以求出電機在等速、等加速、等減速階段的輸出扭矩、分別為： (323)根據(jù)上述參數(shù)可以選擇伺服電機， 伺服電機參數(shù)型號額定功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速額定電流適配驅(qū)動器電壓轉(zhuǎn)子慣量130STM07725 kw 18 2500 rpm AAC220V103 絲杠導(dǎo)軌平臺機械結(jié)構(gòu)伺服電機和滾珠絲杠構(gòu)成機器人移栽導(dǎo)軌平臺的運動傳遞部分，除此之外該平臺還包括聯(lián)軸器、滑動導(dǎo)軌、滑塊、機器人安裝基座、行程開關(guān)、絲杠導(dǎo)軌基座、及其他防護(hù)設(shè)備等。、。 機器人移載平臺組成1 機器人移載平臺組成2滾珠絲杠作為本文中機器人移載平臺的傳動關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的裝配形式和精度對機器人的定位精度和穩(wěn)定性有著重大的影響。滾珠絲杠的安裝過程中兩端軸承的支撐形式是影響其工作特性最重要的環(huán)節(jié)。滾珠絲杠的安裝方式有一端固定一端自由（GZ方式）、一端固定一端支承（GJ方式）、兩端支承（JJ方式）、兩端固定（GG方式）。其各自的安裝形式與性能如下所示： GZ安裝方式GZ安裝方式下固定端軸承采用對列角接觸球軸承支撐，自由端不采取支撐措施。另一端一般通過對列角接觸球軸承來同時承受徑向負(fù)載和軸向負(fù)載，這種裝配方式廣泛應(yīng)用于小行程的短絲杠或者全閉環(huán)伺服控制中傳動的滾珠絲杠安裝中，此結(jié)構(gòu)的機械穩(wěn)定性和精度最差，受熱脹冷縮的影響，大長徑比滾珠絲杠采用這種方法時，~，嚴(yán)重影響傳動精度。但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，故機械影響鏈短，且易于安裝。許多的高精度私服傳動系統(tǒng)往往采用光柵尺的閉環(huán)控制的方式下采用這種結(jié)構(gòu)。 GJ安裝方式，另一端游動。固定端采用對列角接觸球軸承來承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷，支承端則應(yīng)用深溝球軸承承受徑向載荷。徑向負(fù)載能力減少絲杠自重產(chǎn)生的懸臂彎曲的同時深溝球軸承的機械特性允許絲杠產(chǎn)生微量的軸向位移，從而減輕絲杠應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)多見于伺服控制系統(tǒng)中，目前國內(nèi)中小型數(shù)控車床、立式加工中心等均采用這種結(jié)構(gòu)。 JJ安裝方式這種安裝方式兩端均采用深溝球軸承支承，軸向力承受能力比較弱。支承端軸承主要承受徑向力且能作微量的軸向浮動，滾珠絲杠熱變形可以自由地向一端伸長，同時也避免或減少滾珠絲杠因自重而出現(xiàn)的彎曲。這種安裝方式主要用于中速輕載的應(yīng)用場和。 GG安裝方式，兩個支承端都可以承受軸向載荷和徑向載荷，因此這種裝配方式下滾珠絲杠可以通過施加預(yù)緊力來減少滾珠絲杠的螺紋背隙，從而增加絲杠剛度，同時兩端固定能夠降低滾珠絲杠熱變形產(chǎn)生的誤差。車間現(xiàn)場中這種安裝方式常用于大型、重型數(shù)控機床或高精度的鏜床、銑床中。這種裝配方式的弊端在于絲杠調(diào)整比較麻煩，兩端采用的預(yù)緊力需要精確的計算，過大會導(dǎo)致實際行程比設(shè)計行程擴大，過小則會導(dǎo)致相反的后果而造成加工中心震顫。綜合研究上述四種方式的優(yōu)劣，認(rèn)為目前市場上應(yīng)用的焊接工作站的機器人質(zhì)量一般在之間。屬于中量負(fù)載，焊接機器人最高移動速度一般在之下，屬于中低速運行。且焊接精度要求比機加工精度要求低。因此本文從安裝便利、成本控制的角度考慮選擇一端固定一端支承的安裝方式。 機器人移載平臺整體安裝方式根據(jù)前述對移載平臺安裝方式、滾珠絲杠兩端支撐方式的研究與計算，結(jié)合本文自動化焊接工作站的布局方式，從機械穩(wěn)定性、機器人移動敏捷性、生產(chǎn)節(jié)奏有序的角度考慮，本文采用松下TA1400焊接機器人，并將焊接機器人進(jìn)行可移動式外部軸安裝，為優(yōu)化機器人執(zhí)行焊接操作的過程中基座平臺受力狀況，機器人移載平臺采用地面平裝安裝方式。本文中焊接機器人自重48kg，最大負(fù)載焊槍、送絲機重6kg，焊接工位轉(zhuǎn)換移動最大速率14m/min，屬于輕載中速負(fù)載情況，結(jié)合安裝要求，滾珠絲杠采取一端固定一端支承的安裝方式。 本章小結(jié)本章針對焊接機器人移載平臺的安裝方式、關(guān)鍵零部件選擇方法、滾珠絲杠的四種安裝方法展開研究工作。對地面平裝懸臂狀態(tài)下機器人移載平臺加速過程中滑塊受力進(jìn)行了宏觀分析。研究目前幾種基座安裝方式的特性和對機器人定位的影響。進(jìn)而對機器人移載平臺中關(guān)鍵傳動部件的計算過程展開研究，詳述了在移載平臺設(shè)計中對系統(tǒng)性能影響權(quán)重最大因子的確定。最后針對滾珠絲杠四種常見的安裝方式進(jìn)行比較，選擇最優(yōu)的方式。第四章 DSLD工件柔性裝夾技術(shù)焊接工件中有一種工件是屬于同一尺寸系列的，在系列內(nèi)部之間的每個型號外形特征基本一致，僅僅在若干個方向的尺寸發(fā)生改變，即在少維度上尺寸變量（Dimension Scalability in Less Direc