軸工業機器人手腕負載質心范圍計算與圖形繪制

王海永

摘 要：設計了一種6軸工業機器人手腕負載質心范圍計算與圖形繪制方法，對機器人的手腕設計和扭矩的計算提供了方法和思路。該方法具有一定的實用價值。

關鍵詞：機器人手腕；負載質心范圍計算；負載曲線圖。

國內機器人手腕負載質心范圍的計算及繪制圖一直是重點和難點，不同的機器人廠家可能有不同的計算方法和定義，不同應用領域的機器人可能有不同的運動范圍要求，本文就6軸工業機器人手腕負載質心范圍的計算和圖形繪制給出了新穎的方法。

機器人手腕前端的安裝負荷受手腕容許可搬重量、容許負荷扭矩值、容許慣性矩值影響，容許負荷扭矩值根據實際負荷慣性矩的不同而發生變化[1-3]，手腕負荷應嚴格控制在各容許值以內。

1 容許負載最大負荷扭矩與容許負載最大慣性矩計算

1.1 容許負載最大負荷扭矩

一般來說，計算負載容許最大負荷扭矩是根據機器人減速機加減速扭矩與電機在最大輸出轉速時輸出扭矩做比較，取其中較薄弱的環節做基準進行計算，以ER16LA-C20機器人為例說明。

ER16LA-C20機器人J5軸，減速機加減速扭矩為127N.m，減速機減速比為51；電機在需要最大轉速3000RPM時，扭矩為5N.m，機械傳動效率為60%，折合到減速機端扭矩為5×51×60%=153N.m。

從上面的計算可以看出153N.m ﹥127 N.m，所以應按照減速機的加減速扭矩來計算負載容許最大負荷扭矩，計算結果如表1：

2 六軸機器人的負載質心范圍計算與圖形繪制

2.1 負載質心范圍計算

六軸機器人的負載質心偏置曲線圖可以按照下面這個示意圖進行繪制，圖1中，3條弧線均為以5軸軸線與6軸軸線的交點為圓心的圓弧，而豎線均垂直于末端法蘭面。l為5軸軸線距離末端法蘭面的距離。在3種負載選項中，A為其額定負載質量，B=0.7A，并對其進行圓整，而C=0.7B，同樣也需要對其進行圓整。根據機器人使用領域、負載最大重量等的不同，A、B、C之間的比例關系可以調整。

當負載為Akg時，其相關參數的計算如下：

a.徑向偏置：

b.軸線偏置（到5，6軸軸線交點）：

其中N5、N6就是前文1.1中計算的容許負載最大負荷扭矩；J5、J6分別表示負載繞5軸軸線的最大轉動慣量J5和繞6軸軸線的最大轉動慣量J6，J5、J6就是前文1.2中計算的容許負載最大慣性矩。

對于其他類型的負載質心的偏置圖參數計算，只需要將上述計算公式里的A換成相應的質量即可。

負載質心范圍的參數計算如下：

2.2 負載曲線圖繪制

3 結論

本文介紹了6軸工業機器人質心范圍的計算與圖形繪制，利用該方法能夠簡單便捷的得到不同類型工業機器人手腕負載質心范圍，為工業機器人的設計提供了參考。

參考文獻

[1]肖超，周玉林，盛海泳，等.工業機器人機械本體模塊化設計[J].中國機械工程，2016，27（8）：1018-1025.

[2]任正軍.RB50機器人結構設計與仿真分析[D].華中科技大學，2014.

[3]王新，王雪微.四足攀爬機器人的研制[J].科技尚品，2016，（1）：9.

（作者單位：埃夫特智能裝備股份有限公司）