轴工业机器人手腕负载质心范围计算与图形绘制

王海永

摘 要：设计了一种6轴工业机器人手腕负载质心范围计算与图形绘制方法，对机器人的手腕设计和扭矩的计算提供了方法和思路。该方法具有一定的实用价值。

关键词：机器人手腕；负载质心范围计算；负载曲线图。

国内机器人手腕负载质心范围的计算及绘制图一直是重点和难点，不同的机器人厂家可能有不同的计算方法和定义，不同应用领域的机器人可能有不同的运动范围要求，本文就6轴工业机器人手腕负载质心范围的计算和图形绘制给出了新颖的方法。

机器人手腕前端的安装负荷受手腕容许可搬重量、容许负荷扭矩值、容许惯性矩值影响，容许负荷扭矩值根据实际负荷惯性矩的不同而发生变化[1-3]，手腕负荷应严格控制在各容许值以内。

1 容许负载最大负荷扭矩与容许负载最大惯性矩计算

1.1 容许负载最大负荷扭矩

一般来说，计算负载容许最大负荷扭矩是根据机器人减速机加减速扭矩与电机在最大输出转速时输出扭矩做比较，取其中较薄弱的环节做基准进行计算，以ER16LA-C20机器人为例说明。

ER16LA-C20机器人J5轴，减速机加减速扭矩为127N.m，减速机减速比为51；电机在需要最大转速3000RPM时，扭矩为5N.m，机械传动效率为60%，折合到減速机端扭矩为5×51×60%=153N.m。

从上面的计算可以看出153N.m ﹥127 N.m，所以应按照减速机的加减速扭矩来计算负载容许最大负荷扭矩，计算结果如表1：

2 六轴机器人的负载质心范围计算与图形绘制

2.1 负载质心范围计算

六轴机器人的负载质心偏置曲线图可以按照下面这个示意图进行绘制，图1中，3条弧线均为以5轴轴线与6轴轴线的交点为圆心的圆弧，而竖线均垂直于末端法兰面。l为5轴轴线距离末端法兰面的距离。在3种负载选项中，A为其额定负载质量，B=0.7A，并对其进行圆整，而C=0.7B，同样也需要对其进行圆整。根据机器人使用领域、负载最大重量等的不同，A、B、C之间的比例关系可以调整。

当负载为Akg时，其相关参数的计算如下：

a.径向偏置：

b.轴线偏置（到5，6轴轴线交点）：

其中N5、N6就是前文1.1中计算的容许负载最大负荷扭矩；J5、J6分别表示负载绕5轴轴线的最大转动惯量J5和绕6轴轴线的最大转动惯量J6，J5、J6就是前文1.2中计算的容许负载最大惯性矩。

对于其他类型的负载质心的偏置图参数计算，只需要将上述计算公式里的A换成相应的质量即可。

负载质心范围的参数计算如下：

2.2 负载曲线图绘制

3 结论

本文介绍了6轴工业机器人质心范围的计算与图形绘制，利用该方法能够简单便捷的得到不同类型工业机器人手腕负载质心范围，为工业机器人的设计提供了参考。

参考文献

[1]肖超，周玉林，盛海泳，等.工业机器人机械本体模块化设计[J].中国机械工程，2016，27（8）：1018-1025.

[2]任正军.RB50机器人结构设计与仿真分析[D].华中科技大学，2014.

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

（作者单位：埃夫特智能装备股份有限公司）