基于视觉检测的直角坐标机器人设计+CAD图纸(9)
主要由Y轴导轨的自重构成。
3）惯性载荷
直角坐标机器人Y、z方向的运动均由电机控制，当电机启动时，z轴部件因Y、z方向的启动加速度会对Y轴导轨产生惯性载荷，惯性载荷的计算公式：
F=ma……………………………………………(3-5)
依据上述条件，建立Y轴导轨力学模型,如图3.6所示：
加载时将导轨的集中载荷作用于中心位置。Y轴加速度对z轴的惯性力依据力平移原理，将其简化为作用在导轨中心的力和力矩。
图3.7 Y向导轨所受载荷示意图
经ANSYS软件分析计算，Y轴导轨变形与z轴部件位置有关，z轴部件越靠近导轨中心，变形就越大；Y轴导轨在Z方向的变形相对于其他两个方向的变形要大的多，且变形关于其中心对称；Y轴导轨沿导轨轴向的变形远小于其它两个方向的变形，在工程中可以忽略不计；Y轴导轨沿3个方向的最大变形量都小于0．5mm，满足变形量控制在lmm以内的工程技术要求。
3.4.6 本设计的导轨强度校核
如前所述，对导轨强度的校核主要是对Y轴导轨的强度校核，由于Z轴，Z轴自身携带部件的重量以及手抓抓取的工件重量都作用在了Y轴的导轨上，因此对Y轴导轨的校核是必不可少的。
（1）初步估计作用在Y轴导轨的作用力:
Z轴导轨的自身重量：2kg/m，Z轴导轨长度800mm，因此Z轴导轨重量大致为1.6kg。Z轴所携带的部件有电机（2个，一个0.65kg），电机座（2个），同步带和带轮以及之间的传动装置，上下滑块，行程块等，初步估计重量大致为2kg。手抓部分以及抓取的重物重量大致估计为6kg。故初步估计作用在Y轴的作用力FN大致为100N。
(2)Y轴导轨（采用3060铝型材）的强度校核：
根据公式： ……………………………..(3-6)
式中取A为 ,计算得 = 0.091MPa<[ ]=3 MPa
Y轴导轨满足强度要求。
3.5 驱动方式的选用
目前机器人的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电气驱动三种形式。液压驱动系统能够提供较大的驱动压力和功率，具有结构简单、性能稳定等特点，液压伺服驱动系统响应速度快，可达到较高的定位精度和刚度，但使用液压驱动需要有专用的液压站，油路系统复杂，工作性能受环境影响较大，移动性能差，且易造成泄漏现象，常用于要求提供较大驱动力矩、对移动性能要求差的特大功率系统中。气动系统具有结构简单、动作迅速，可在恶劣的环境中工作，但气动装置存在很大噪声问题，只适用于精度要求不高的点位系统中。电气驱动系统具有精度高、控制准确、响应迅速等优点。
本设计综合考虑各种驱动方式的优缺点，选用电气驱动方式。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式奇偶伺服电机作为执行电动机。步进电动机具有控制简单、响应速度快、工作可靠、无累积误差等优点。它能够直接接受数字信号，无需中间转换，直接输出的位移量与输入数字脉冲量相对应，能实现直接的数字控制。步进电机以开环方式工作，可省去伺服电机驱动装置中位置检测与反馈部分以及A／D、D／A转换，从而简化了系统结构，使控制成本大大降低。