码垛机器人驱动元件的选择

时间：2017-12-19 来源：机器人在线阅读：9181

码垛机器人驱动元件的选择

根据饲料生产现场码垛工作的实际工况需要，工作负载设定为50kg(不包含手爪自身的重量)，工作周期为不低于600袋/小时(即一个工作周期不大于6s)。考虑到以后工作载荷等可能会发生变化，为了便于改进，在设计中要留有一定的设计余量。在下面的电机及减速机选型中均以工作周期6s,50kg载荷下的仿真结果为依据进行分析。

腰部交流伺服电机选型

码垛机器人腰部的伺服电机主要是用来克服底座和手臂旋转时的摩擦转矩，以及在加减速时克服底座和手臂在底座转动轴线上的转动惯量。根据腰部底座所设计的结构可以知道所要克服的转矩为轴承的滚动摩擦，但由于底座所承受压力较大，所以所克服的转矩数值也相对较大。根据式(3.37)可知，当水平丝杠螺母位于前极限，竖直丝杠螺母位于最上极限时码垛机器人腰部处的转动惯量最大。在UG的三维模型中使用测量体功能，计算出该位形下码垛机器人底座及手臂整体的转动惯量为J=3.58E8kg·mm2。为了保证码垛机器人运行性能和定位精度，选择性能较好的松下伺服电机。根据上一小节中的转矩曲线和测量所得的转动惯量，选择高惯量、中容量的伺服电机，所选型号为MHME402S1，其为带有绝对式编码器和抱闸的交流伺服电机。并且为了保证电机与负载的转动惯量相匹配，选用高精度帝人RV减速机，型号为160E，减速比129。减速机输出转动惯量为:J=n2·J0 (J0为电机转动惯量)。下表列出了此型号电机的主要参数:

运动周期变化对码垛机器人性能的影响

上一节中针对给定工作周期(6s)，给定工作负载(50kg)对码垛机器人进行了性能分析。但在实际应用中，工作负载可能发生变化，工作周期也可能会随之发生改变。故本小节针对工作周期发生改变进行动力学分析，主要分析对象为上大臂。

对上大臂模型进行如下分析:

一、工作负载为50kg，工作周期为6s(上大臂绕腰部转动时间3s)，得到上大臂质心速度、质心加速度、平动动量曲线图如下图3.8所示。

二、工作负载为50kg，工作周期为4s(上大臂绕腰部转动时间2s)，得到上大臂质心速度、质心加速度、平动动量曲线图如下图3.9所示。

通过对图3.8图3.10的结果分析，在负载一定时，单次码垛周期时间的减少，带来了上大臂绕腰部电机轴速度的增大，由于负载质量不变，随着上大臂速度的增加，在上大臂完成转动的一瞬间，产生的平动动量就会变大。当平动动量过大时就会造成上大臂的振动。分析可知，当单次码垛周期从4s变为3s时，在上大臂完成转动的一瞬间，即1.5s时刻产生了较大的平动动量，对上大臂造成了振动影响。所以在针对具体工况设定时，单次码垛周期应该尽量大于4s，即为了保证码垛机器人工作时的稳定性，码垛效率不应该超过900袋/小时。

本章主要应用了拉格朗口方程来完成对饲料码垛机器人的动力学建模，然后在ADAMS里进行同一工作路径，不同载荷情况下的动力学仿真分析工作。通过对动力学仿真中得出的推力和扭矩曲线进行对比，得出不同载荷下对码垛机器人电机转矩和丝杠推力的影响程度。再通过该结论完成伺服电机功率、扭矩、转动惯量的计算，完成伺服电机、丝杠、减速器等关键动力和传动部件的选型工作。