二轴桁架机器人的设计及实现

张 豪

（无锡职业技术学院控制技术学院，江苏无锡，214121）



二轴桁架机器人的设计及实现

张 豪

（无锡职业技术学院控制技术学院，江苏无锡，214121）

摘要：对二轴桁架机器人的总体设计进行了研究。介绍了二轴桁架机器人的机械结构和运动方式、PLC控制的工作原理及系统软硬件设计。由于二轴桁架机器人具有高可靠性、高速度、高精度等特点，因此非常适合智能工厂，物流系统行业的应用。

关键词：二轴桁架机器人；控制系统；可编程序控制器；伺服系统；人机界面

0　引言

桁架机器人，是能够实现自动控制的、基于空间XYZ直角坐标系可重复编程的、多自由度的、适合不同任务的自动化设备。桁架式机器人改变了传统的物流方式，有效地改善了作业环境，提供零件加工数字化、信息化、少人化直至无人化管理，可靠地保证了产品质量，极大地提高了劳动生产率，将工人从繁重的体力劳动中解放出来，使现代制造技术达到一个崭新的水平。

桁架式机器人的特点：多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行；一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成；灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同；高可靠性、高速度、高精度；可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修；各个机器人行走轴，均可采用滚动直线导轨或滚轮V型导轨，具有安装调试方便，适合长行程应用，可用于恶劣环境等优点。

基于智能工厂的最典型的二轴桁架机器人，提出了机械结构总体设计以及控制系统的设计，经过工业现场实际运作良好，同时具备较高的推广价值和实际意义。

1　二轴桁架机器人总体概况

如图1所示，是智能工厂现场的二轴桁架机器人。

图1　工业现场二轴桁架机器人

1.1桁架机器人机械结构

桁架机器人主要由1-Z轴减速机组件、2-X轴减速机组件、3-竖梁组件、4-移动机构组件、5横梁组件、6-地脚板焊接件、7-V型支架、8-机器人支架，以及相关标准件组成，如图2所示。桁架机器人通过地脚螺栓固定在工业现场，机械手通过X轴作横向运动，Z轴作上升下降的垂直运动，X轴的距离表示工件搬运的距离，如果工件尺寸大，那么Z轴运动的距离可大些，如果工件尺寸小，Z轴运动的距离可相对小些。

图2　桁架机器人机械结构图

1.2桁架机器人主体机械结构

桁架机器人主体机械结构主要由导轨、齿条、横梁、横梁驱动减速机、滚轮、润滑轮、信号灯、拖链槽、X轴拖链、Z轴拖链、端盖/限位器、竖梁、托板、润滑系统等组成。

2　控制系统设计

该桁架机器人控制系统由硬件和软件两大部分组成。桁架机器人控制原理图，如图3所示。

图3　桁架机器人控制原理图

3　结论

本文根据智能工厂的生产实际，设计了二轴桁架机器人。该机器人的运动空间广，承载力强，能够满足工业现场搬运零件的要求。并且对机器人的机械结构进行了总体设计，保证了运动精度和稳定性。最后对机器人的控制系统进行了设计，以PLC为控制系统的核心，通过控制两台伺服驱动器完成机器人的Z轴和Z轴控制。实践表明，以PLC为控制系统的二轴桁架机器人具有高可靠性、高速度、高精度的显著特点。此外，该机器人拥有较高的性价比，在智能工厂，物流系统行业应用前景广泛。

参考文献

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[7]张铮，张豪等，机电控制与PLC[M]，北京：机械工业出版社，2008

中图分类号：TP24

文献标识码：A

Design and Implementation of Bi-axis Truss Robot

Zhang Hao
(School of Control Technology,Wuxi Institute of Technology,Wuxi,214121,China)

Abstract：The overall design of bi-axis truss robot is studied. Mechanical structure of bi-axis truss robot and the mode of motion,the working principle of PLC control and design for the hardware and software in the kind of system.The bi-axis truss robot can be widely used in the intelligent plant and logistics system industry due to its high reliability,speed and precision.

Keywords：bi-axis truss robot;control system;PLC；servo system;human-computer interface