直線定位系統專用型材在機器人行業中的應用與解析

李蕾+郭蘭

在工業自動化領域，尤其直角坐標機器人領域，在需要獲得平穩可靠的直線位移和精確定位的地方，因此核心部位的承載梁顯得尤為重要。

一個線性驅動機構，傳動裝置、直線導向裝置、承載梁、連接件等都是必不可少的重要組成部分，而這些重要的部分都是定位在承載梁上的，我國的承載梁大多數還是采用鋼結構，雖然鋼結構的承載梁的承載力很好，在長度上也很具優勢，但是要求的工藝很高，而且成本也很高。

隨著全國自動化產業的高速發展，大量的工業自動系統被應用在各個行業，在需要精確定位、高頻率高速度以及用于危險場所的工況用于代替傳統工人與設備，從而獲得更高的安全性和生產效率，取得經濟效益的提升。

在工業自動系統中，尤其是在非標準的承載梁，僅針對工業自動系統中的線性驅動機構部分來說，其傳統的設計與生產方式，通常是針對每臺自動化設備的承載梁進行單獨設計以及生產加工。因為各種承載梁的基本結構具有大量相同相似的地方，又在各個位置具有不同要求，所以傳統的單獨設計與生產加工的方式具有設計周期長、重復勞動多、生產加工繁瑣、安裝調試困難等缺點。

因此急需一種代替品，通過擠壓成型的鋁型材，及滿足承載梁的性能需求，又美觀、低成本、精度高、可以批量生產切適用范圍廣的一種理想的鋁型材承載梁。

研究定位系統專用型材目的是，設計一種中空型材作為直線導軌主梁。

型材適宜用擠壓的空心型材制成，在重量很輕的情況下也可以擁有較高的強度與剛度，而且長度可以根據實際應用需要任意截取而不會增加額外成本。

型材截面形式采用方形。從截面方向看，考慮到此型材會進行對其他零件的安裝和銜接定位，從而設計有多個空心腔室，在不影響型材應力的同時，不光可以減輕結構重量，更方便腔室的擠壓成型，提高拉出型材的形成率。四角的腔室也可以很方便的加工出螺紋，用于型材兩端與其他零件的連接與定位。

在型材上具有多個縱向延伸的槽口，外部構件、安裝附件、傳感器、型材固定等可以很方便的通過這種槽口固定在型材上。這種靈活而且可靠的連接方式可以滿足不同位置的安裝要求，目的是滿足模塊化的要求。

型材主梁下部擁有一個空心腔室，用于通過同步帶，引導同步帶移動，上部開有槽口，同步帶在槽口內部移動。這種設計在長行程使用時可以減少同步帶偏移，有效的增加系統的最大行程和在長行程時的定位精度，同時也可以防止灰塵和濺水進入系統內部。

圖中序號說明：1.同步帶運行的槽口； 2.型材中腔； 3.直線導軌定位槽； 4. 導軌連接的梯形槽； 5.上定位孔； 6. 下定位孔；7.主梁安裝用梯形槽；8.主梁輔助用安裝梯形槽；9. 同步帶運行的空腔；

解析：

1、本實用新型型材具有高集成度、高承載、高剛性、輕質量的優勢方便。

2、型材適宜用擠壓的空心型材制成，在重量很輕的情況下也可以擁有較高的強度與剛度，而且長度可以根據實際應用需要截取，成本低廉。

3、本型材為空心型材，型材截面采用方形構造。型材的各部分壁厚應均勻分布，以獲得最佳的力學性能和工藝性能。

4、如圖1所示，從型材截面上看，型材四個角具有四個腔室，即上定位孔5和下定位孔6。上、下定位孔可以通過圓柱銷來對其他部件進行定位。并且有利于在其內部做出螺紋孔，以作為端頭與其他部件的連接孔用。

5、從型材截面上看，型材的兩側有輔助用安裝梯形槽8、底部有連接用的梯形槽7。這些槽口用于外部構件、安裝附件、傳感器等與型材間的固定。這些槽口采用標準設計，可以采用符合國家標準的T型螺栓來連接。也可以用作安裝定位槽，既減輕了型材的重量，又有利于減輕型材的撓度變形程度。

6、型材擁有限定同步帶移動的槽口和保護同步帶通過的通道，即圖中的同步帶運行的槽口1和同步帶運行的空腔9，同步帶運行的空腔9在提供同步帶有效使用空間的同時，保證了型材強度，也極大可能的減輕型材自身的重量。

7、型材內部有一個較大的開口型空腔，即型材中腔2。這個空腔用于容納驅動單元的內部構件，可以按要求安裝直線導軌、驅動滾輪、和安裝滑塊的連接塊等。

8、在型材中腔2的下方有直線導軌定位槽3和導軌連接的梯形槽4。直線導軌定位槽3用于定位直線導軌，導軌連接的梯形槽4內放置梯形連接件，通過普通的內六角螺釘便可以將直線導軌與梯形連接件連接，從而鎖定直線導軌的位置，必要時可以在連接處涂抹緊固膠水，提高固定效果。

9、直線導軌定位槽3的下表面可以是平面，也可以是大半徑的圓弧面，便于定位。

10、本實用新型只需做很少的改動就可滿足不同的實際需求。

可以在兩側安裝驅動塊，實現驅動功能。也可以在一側的上定位孔5的下面適當位置切割矩形槽安裝滾輪軸。在不做外部驅動塊的情況下，實現驅動功能，從而減少使用空間，提高工作效率。

11、該型材的最大特點就是小巧，輕便，精簡，多功能，可應用在實際使用空間狹小，負載不大，速度很快的工況中。并且價格不會因為它的精巧而升高，是一款性價比很高的產品。

近十幾年國內擠壓型材的技術進步很快，現在可以很經濟的獲得較高精度和高強度的擠壓型材，使這種線性驅動單元的有效行程可以達到6米以上。若采用外加主梁來提高系統剛度，通過外加附件連接型材增加系統長度，則系統的有效行程可以做到更高，而平均到單位長度上的成本幾乎沒有增加。