机器人手爪到位不准的问题分析与处理

李季，李哲，陈欢

（1.沈阳众拓机器人设备有限公司，辽宁 沈阳 110114；2.北方重工集团（沈阳）工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110114）

机器人手爪到位不准的问题分析与处理

李季1，李哲1，陈欢2

（1.沈阳众拓机器人设备有限公司，辽宁 沈阳 110114；2.北方重工集团（沈阳）工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110114）

分析了 ZTR—2014DJ 型上料机器人进行铝棒上下料工作时，机械手爪到上料位时停止位置不准确，出现不到位或者过位现象。经过现场分析和实际验算，找出发生此现象的原因，并提出整改方案以解决此问题。

机械手爪 ；到位不准；分析；处理

1 现象简介

随着工业自动化程度的提高，自动化上下料机器人被广泛应用到铝制品加工行业。它的使用不仅提高了生产效率，也把人工从恶劣生产环境中解放出来。某铝制车轮生产企业采购了一台 ZTR—2014DJ 型上料机器人用于给加热炉上铝棒，运行一段时间后发现机械手爪在取完料棒后逆时针旋转90°，再将工件放到加热炉里的过程中，到加热炉门外，手爪中心线与路口中心线不在一条直线上，出现±0.5°内的偏差，而且每次出现的偏差不等，由于机械手长达1.7 m，使机械手末端与理论停留位置最大相差±15 mm，超出允许误差±5 mm，直接导致机械手上料时与加热炉门框相干涉，无法完成上料，为了防止运行过位，客户在机械手上料停留等待位设置一个机械限位装置，虽然解决了过位问题，机械手被硬性限位后被反弹，反而出现了旋转欠位现象。

2 工况介绍

最大负载：30 kg机械手爪自重25 kg；两个工位：取料工位和上料工位；动作流程：机械手在取料位置取料，提升，手爪逆时针旋转90°，沿水平轴移动到加热炉门外适当位置，加热炉检测到炉门外有来料，炉门开启，机械手继续沿水平轴移动到加热炉上料位置，下降上料，再沿水平轴反向移动到取料位，顺时针旋转90°，到取料位等待取料。

3 原因分析

3.1 初步分析

此上料机器人有3个运动轴，分别为水平移动X轴，垂直运动Z轴，旋转运动R轴。X轴和Z轴均为齿轮齿条传动方式，为直线运动，R轴为齿轮与齿轮传动方式，为旋转运动。经现场查看，X轴和Z轴均运行良好，由于X轴和Z轴都是直线运动，如果运行出现问题会导致机械手末端出现上下和前后方向的偏差，而将X轴、Z轴轨迹进行测量，发现定位精度和重复定位精度都在设计值之内，排除X轴和Z轴运行问题。扳动手爪末端，发现在停机状态下，末端会自由运动，且偏离理论位置。R轴运行方式为伺服电机、减速机带动齿轮驱动带齿的回转支撑旋转，机械手爪安装在回转支撑上，与回转支撑一起旋转。如果机械手爪末端旋转不到位只能是 R轴传动系统出现问题。

3.2 具体原因分析

（1）检查控制系统是否出现问题。经查程序无误，电机无丢转，且电机停止时，还能手动扳动手爪末端旋转，说明导致的原因仍在机械传动上。

（2）检查驱动齿轮和从动齿轮是否有磨损或啮合间隙过大，如果齿轮间隙过大，当电机停止转动后，从动齿轮会在负载的惯性作用下继续转动，将直接导致机械手末端旋转过位。经查验，两齿轮并无磨损，且啮合良好，齿轮间隙调整机构工作正常。

（3）查看电机输出轴与减速机输入端是否紧密连接，是否存在打滑现象。拧下减速机外法兰上螺塞，找到连接电机减速机锁紧套对应锁紧螺钉，发现螺钉处于锁紧状态，电机轴不纯在打滑现象。

（4）减速机是带键的轴输出，查看减速机键与驱动齿轮间隙是否过大，经查看及齿轮拆卸的费力程度断定齿轮与键配合良好，两者间不存在松动。

（5）排除以上可能因素，只剩下键与减速机轴配合情况检查了。经查键与减速机轴间果然存在间隙，且键在与键槽配合处出现了啃伤，键有磨损，故导致电机停转后，机械手爪在惯性作用下不能立即停止，出现到位不准现象。

（6）验算驱动系统的转动惯量。已知条件：工件负载m1=30 kg，手爪自重 m2=20 kg，工件重心到旋转中心距离r1=170 cm，手爪重心到旋转中心距离r2=80 cm，负载惯量为J1，折算到减速机输出端的转动惯量为J2，所选电机为松下MHMG042伺服电机，电机功率P=400 W，旋转惯量JM=0.67 kg.cm2，所选减速机为纽卡特PLE60—100，减速比i=100，转动惯量 JG=0.075 kg.cm2，齿轮减速比i2=4.5 计算负载惯量J1。

J1= m1r+ m2r=30×1702+25×802=867 000+160 000=1 027 000 kg.cm2

计算减速机输出端转动惯量为J2。

J2=J1/（i2.i）=1 027 000/（100×100×4.5×4.5）=5.07 kg.cm2

根据经验，（JM+ JG）.5/J2应大于1，而实际（JM+ JG）.5=（0.67+0.075）.5=3.725 kg.cm2， （JM+JG）.5/ J2＜1，可见电机型号稍小，转动惯量不足。电机停止后机械手爪不能立即停止。

3.3 问题处理

针对以上原因，提出两条整改措施。

（1）取消减速机输出端键的连接方式，改用涨紧套，涨紧套已经成为现代旋转部位机械连接的主要部件，它以内孔锁紧输出轴，外轴涨紧驱动齿轮的方式很大程度上取代了传统的键连接，它消除了连接件磨损导致的连接松动，而且传递扭矩大，拆装也极为方便。

（2）选用更大型号的电机和减速机。初选松下MHMD082伺服电机，电机功率P=750 W，旋转惯量JM=1.51 kg.cm2，配套减速机为PLE80—100，减速比 i=100，转动惯量 JG=0.44 kg.cm2（JM+ JG）.5=（1.51+0.44）.5=9.75 kg.cm2（JM+ JG）.5/ J2＞1，电机选型合格。

4 结语

通过对铝棒上料机器人到位不准的现象进行分析，找出各项引发因素，经过排除最终确定了问题发生原因，并针对问题提出了整改方案，希望在发生同类问题时能做为借鉴和参考。

［1]张展. 实用机械传动装置设计手册. 机械工业出版社，2012.

［2]成大先.《机械设计手册》第5 版第三卷. 化学工业出版社，2007.11.

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Sibur公司开发出系列新型聚乙烯牌号

新近，Sibur公司开发出6种新型薄膜牌号低密度聚乙烯（LDPE）产品。这些新的牌号可使薄膜产品制造商优化加工、提高其成品质量和替代部分进口LDPE材料。牌号153B和158B具有较高的耐热氧化老化性，可用于生产农用温室薄膜或各种多层薄膜。牌号153BZ和158BZ含有一种添加剂，使材料可使用先进的技术密集型设备加工。这些牌号适用于生产各种类型的薄膜产品且不需要使用添加剂以确保在高加工速度下稳定的质量。牌号153BEF和158BEF也是高度耐热氧化老化和包含提高滑移及防止阻断薄膜滚动分离层的特殊添加剂。这样的薄膜广泛用于生产需要良好的膜层可分离性的家用袋和其他产品。

燕丰 供稿

Problem analysis and processing of poor in-place of robot grippers

TB242

1009-797X（2016）02-0077-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.02.027

李季（1981-），女，中级工程师，本科学历，研究方向为机械设计。

2015-12-14