幾十米行程的切割機(jī)、鉆孔機(jī)及銑削加工設(shè)備在很多工業(yè)領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。某些應(yīng)用要求做成可移動的20m×10m的大平臺，而在其他應(yīng)用中則要用到10m行程的數(shù)控鉆或數(shù)控銑。在精密測量、質(zhì)量檢測和無損探傷等應(yīng)用中有時要在10m×4m×3m的3D空間內(nèi)任意運(yùn)動。在這些超大行程的應(yīng)用中采用傳統(tǒng)的機(jī)床式結(jié)構(gòu)是很難實(shí)現(xiàn)的，而且成本很高。若采用直角坐標(biāo)機(jī)器人則能輕易滿足上述需求。本文以一臺總長24m的數(shù)控切割機(jī)器人為例來介紹如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)動平臺的超大行程。
結(jié)構(gòu)形式
這里通常采用兩根PAS44BB運(yùn)動軸，將其并排擺放，隔一兩米遠(yuǎn)（可按用戶要求變換間隔長度）加一個連接鋁材，形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)方式。機(jī)器人運(yùn)動平臺裝在一個金屬支架平臺上，兩根24m長的PAS44BB運(yùn)動軸也全部放置在支架平臺上，這樣任何部位都不會有下降彎曲。由于平臺負(fù)載約700kg，所以每個PAS44BB運(yùn)動軸上都帶有3個滑塊，共計(jì)6個滑塊來保證平臺的帶負(fù)載能力和運(yùn)行平穩(wěn)性。
圖1 將兩根PAS44BB運(yùn)動軸并排連接，隔一兩米遠(yuǎn)加一個連接鋁材
負(fù)載能力
若每根PAS44BB運(yùn)動軸采用3個滑塊進(jìn)行剛性連接，則其負(fù)載能力可以提高5倍以上。因此，單根PAS44BB在配備3個滑塊后，其負(fù)載能力能夠達(dá)到500kg以上；采用兩根PAS44BB并排擺放時，其負(fù)載能力可達(dá)1000kg。每個PAS44BB運(yùn)動軸內(nèi)都裝有THK SHS 25導(dǎo)軌和兩個滑塊。單根THK SHS 25導(dǎo)軌和單個滑塊的最大理論載荷為：C=36.8kN, C0=64.7kN。在機(jī)床參數(shù)中通常用這一數(shù)據(jù)除以10，則動載荷為：C=3.68kN，約為368kg。一根PAS44BB配備兩個滑塊，但由于設(shè)備的最高速度為5m/s，加速度為4m/s2，因此為保證安全,機(jī)器人上的負(fù)載一般為100kg（機(jī)床上為500~1000kg）。每根運(yùn)動軸帶3個滑塊，實(shí)際對應(yīng)6個THK滑塊，所以其負(fù)載能力至少可以達(dá)到800~1000kg。當(dāng)把兩根運(yùn)動軸PAS44BB并排連接使用時，其負(fù)載能力增加2倍，所以，這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力可增加到2t。
驅(qū)動和級聯(lián)
在此運(yùn)動平臺上采用了齒輪齒條的傳動方式，選用國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)床所使用的產(chǎn)品，其承受的最大推力和精度等級均被國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)企業(yè)和用戶所認(rèn)可。圖2所示就是一個利用齒輪齒條傳動的案例。
由于單根PAS44BB運(yùn)動軸的最大長度為6m，在這里要把6根PAS44BB運(yùn)動軸連起來形成總長24m的運(yùn)動單元，這樣兩根24m的直線運(yùn)動單元如圖1所示并排連接起來。
圖2 運(yùn)動平臺通常采用齒輪齒條的傳動方式
若采用單根長度為4m的直線導(dǎo)軌，就要保證在兩根PAS44BB運(yùn)動軸接頭處有一個完整的直線導(dǎo)軌，以保證其通過接頭處的平穩(wěn)運(yùn)行。圖3所示鋁型材有標(biāo)準(zhǔn)的連接方式，圖中兩處帶紅色字母A的位置是直線導(dǎo)軌連接處，這是必須連接的；而兩處帶有紅色字母B的位置和帶紅色字母C的位置都是可選的，在B處或C處加入約500mm長的標(biāo)準(zhǔn)連接件，外面用精密螺絲桿擰緊。這樣的連接方式保證了24m長的直線運(yùn)動單元的直線度和平面度。百格拉利用這種連接方式為很多用戶提供了超長機(jī)器人，如其為瑞典某公司提供的4臺18m有效行程的數(shù)控
火焰切割機(jī)。
圖3 運(yùn)動單元的截面圖
在這里影響定位精度的主要因素是齒輪齒條和傳動齒的精度及其裝配精度。對于寬度大的運(yùn)動平臺要在兩側(cè)分別加裝齒輪齒條，以實(shí)現(xiàn)平臺兩側(cè)的同時驅(qū)動，保證運(yùn)動的平穩(wěn)性。
圖4 關(guān)節(jié)式機(jī)器人懸掛在大行程運(yùn)動軸上
總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
將24m長的運(yùn)動平臺如圖4所示安裝在一個高梁上，使關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛工作，也可將其安裝在地面梁上，使之可以在24m平臺上快速移動。此運(yùn)動平臺的運(yùn)動范圍為0~23m，加上關(guān)節(jié)機(jī)器人自身的工作半徑，可令其在約25m×2m的范圍內(nèi)對大型件和超長件進(jìn)行打磨、拋光、劃線、鉆孔、銑削、焊接和切割等任務(wù)。采用類似的方法也可做成100m 行程的運(yùn)動平臺，但隨著長度的增加，其安裝調(diào)試的難度也將相應(yīng)加大。
