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机器人用轻型轴承

作者:admin

发布时间:2020-03-17

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  机器人用轻型轴承_机械/仪表_工程科技_专业资料。机器人用轻型轴承 机器人臂确实有许多品质特性,但是智能化并不是最重要的一点。逐步推进非常必要。 他们在 XYZ 三维坐标中工作,相应的是旋转坐标为θ Xθ Yθ Z。另外,对于专家来说,项 目推进和维

  机器人用轻型轴承 机器人臂确实有许多品质特性,但是智能化并不是最重要的一点。逐步推进非常必要。 他们在 XYZ 三维坐标中工作,相应的是旋转坐标为θ Xθ Yθ Z。另外,对于专家来说,项 目推进和维修也很重要。 当发生意外时, 他们的尺寸和可能的巨大作用力意味着需要巨大的 安全区域和工程。 人们发现某些趋势,如 Cobotics,他们拥有运动控制的新技术,并能与人类和平共处。 根据这些专业知识、经验和市场需求,NTN-SNR 提出了一种轴承样机,以此适应机器 人学的巨大趋势。根据未来技术的实际需要,通过调整其刚度使轴承更轻、更便宜。 1. 简介 工业机器人臂有许多特性,但是下面这两点至关重要: ● 机器人臂的设计必须满足多种尺寸需求,能够在众多领域使用,同时还要考虑机器 人臂的成本。 ● 机器人臂功能性更强,操作性提高 为了满足这些要求,特别是功能性要求,除了高刚度、广应用和易操作外,机器人臂还 要应用技术确定各种条件。因此,用来支撑机器人的轴承应该设计得能够满足这些趋势。 在该文中,我们简要地讨论了工业机器人,并给出 NTN-SNR 公司开发的机器人用轻型 轴承。 2.机器人的结构和性能 现代工业机器人的基本功能已经从第一阶段的定位、用“手”抓取物体演变为更加精细 的任务,如安装、焊接、油漆等,以前这都是人工完成。例如,在安装过程中,当机器人传 送零件时, 每次机器人都必须用相同的方法抓住零件, 按照相同的轨迹把它们传送到指定的 位置。因此,机器人和目标物体的定位一般都很精确。在焊接和油漆工艺中也是这样,因此 还是需要定位精确和操作稳定。 图 1 示出典型的工业用垂直仿线 所示, 通过描述和模式化机器人需 要在 X、Y、Z 和θ X、θ Y、θ Z 轴中完成的各个工艺的精确动作,该操作工序得以实现。 因此,现代工业机器人的良好性能主要取决于以下几点: ● 定位的精准性 ● 定位重置的精准性 ● 刚性 运动结合这些性能形成工业工业机器人的自动操作。 此外, 还需要足以支承机器人载荷 的刚度。 图 3 示出现代工业机器人所需的性能。现在,由于需要轴承必须控制主轴、高精度、高 转速(加速)和高钢度,所有工业机器人的轴承很重。 图 4 示出工业机器人系列影像图。一般情况下,最大有效载荷能力约 1500kg,但是, 主要应用的有效载荷为 20kg 或更少。如前面所说,高刚度不仅保持定位精度,而且支承机 械手的重量 图 1 6 轴机器人(机械手和控制器) 图 2 运动模型和程序 图 3 一般机器人的技术规格 图 4 工业机器人的有效载荷otics 和新技术 3.1Cobotics Cobotics 来自“Cobot” ,是协作机器人的简称,Cobotics 指协作机器人能够和人类一起 工作。图 5 示出协作机器人的工作示例。当他们接近协作机器人,各种工作时,协作机器人 检测到一起工作的人类和其它机器人。协作机器人还可以自动或协作驾驶汽车。比如,他们 能够知道人类怎么工作,并帮助他们完成工作,或者根据实际情况改变他们的行为。 机器人的有效载荷一般为 20kg,或者更少,因此这些轴承正变得更轻、更小。但是, 大型设备也正在采用这些技术。 协作机器人示例 协作机器人跟随工作人员工作,增强其能力 图 5 工业机器人有效载荷 协作机器人主要用于附加值较低、比较耗时、关键程序重复进行的工作。协作机器人也 旨在降低工人的劳动强度,避免伤害,如关节炎。 3.2 新技术 机器人技术中。下面这些与机器人控制直接相关: ● 图像处理技术 ● 力传感技术 ● 激光测量技术 图 6 示出利用以上技术的活动案例。 经过对各种活动的计算分析之后, 这些技术使机器 人知道工件的形状,从而支持工件,进而精确地传送工件。 他们还协助其它机器人工作,并且更近地调整与工件的距离。 视觉和成像处理运动 力传感 激光测量 除毛刺 分拣 图 6 新技术控制的运动 4. NTN-SNR 开发的机器人轴承 NTN-SNR 是欧洲机器人减速机轴承制造商领导者,不仅在工业机器人行业保有 高份额,而且也拥有很大一部分工作/运动协作机器人份额。 图 7 示出机械手和普通工业机器人轴承的技术规格。 即使相同的机器人, 底部主要用 挑选 于回转的轴承和位于臂部末端的手腕旋转轴承对于刚度的要求也不一样。 因此, 必须根据机 器人的工作任务、有效载荷、位置和运转情况,分别选择用于机器人的轴承。 基于以上原因,图 8 所示的交叉滚子轴承或四点接触球轴承用于机器人关节的旋转、 回转和摆动部位,最底部的轴承用来支撑机械手的重量。 NTN-SNR 重点开发更轻的轴承,同时保留前面提到的功能要求。 图 7 机械手和轴承技术条件 图 8 NTN-SNR 交叉滚子轴承 5. 机器人用轻型轴承 NTN-SNR 机器人轻型轴承的设计理念是使用树脂和钢的组合材料。传统来说,内圈和 外圈特殊成形,由轴承生产而成,因为他们通过螺栓与外围零件连接,但是,新开发轴承的 滚道装置和滚动体采用钢,然后,与外围零件连接的特殊成形零件采用树脂。 树脂的应用必须既能起作用,又不影响轴承外围零件。因此,在选择树脂材料时,我们 还要考虑工业机器人的工作环境,采用具有很好强度、高熔点的尼龙树脂。 还有,开发的轴承取代了传统轴承,而且无需重新设计机器人关节和减速机。 下面,我们介绍机器人轻型轴承的类型。 5.1 不可分离型 对于不可分离型,树脂在深沟球轴承的内圈和外圈上注塑成型(如图 9 所示) 。通过降低 轴承内部游隙增加轴承刚度。 图 9 机器人轻型轴承(不可分离型) 5.2 可分离型 图 10 示出可分离型交叉滚子轴承, 其刚度高于不可分离型深沟球轴承。 在轴承安装中, 只有内圈和树脂一体成型,装入滚子之后,外圈的树脂零件从钢零件的两端安装。 同样,如图 11 所示,两端可分离树脂零件的长度不一样,因为钢制外圈只占树脂零件 的一端,因此,在径向方向,两端外圈滚道上不会发生位移。 把树脂零件两端连接起来的方法有很多种,比如图 12①所示的铆钉法,或者装入钢制 衬套,用②所示的螺栓连接。 图 10 机器人轻型轴承(可分离型) 图 11 轻型轴安装示例(可分离型) 图 12 轻型轴承固定方法示例 5.3 刚度 因为特殊成形的内圈/外圈部分被树脂取代,所以与传统轴承相比,刚度降低了。表 1 和图 13 示出利用 FEM 分析获得的分离型轴承(交叉滚子轴承)的刚度比较结果。 在第 3 部分讨论的协作机器人中,协作机器人受图像处理和力传感器控制,但是,现在 机器人不需要高刚度和高速度;因此,新开发产品刚度的降低在允许范围内。 表 1 利用 FEM 分析比较已开发轴承和现在轴承之间的刚度 现代轴承 轴承主轴承 分析条件 分析结果 mm ①轴向载荷 kN ②力矩载荷 Nm ① 轴向 刚度 mm (轴向运动) ② 运动 刚度 度 (轴承倾角) φ 40×φ 110×26 40 1000 0.020 0.04 0.150 0.25 已开发的轴承 分析示例① 分析示例② (轴向刚度) (力矩刚度) 图 13 FEM 分析示例 5.4 重量 表 2 给出同样尺寸的传统钢制轴承和开发的轴承之间的重量比较。 与传统轴承相比, 可 分离型轴承的重量降低了 63%,不可分离型降低了 73%,因此,重量大大降低。 表 2 已开发轴承和现在轴承之间的重量比较 轴承类型 外观 目前的轴承 (分离型交叉滚子) 开发的轴承 (分离型交叉滚子 开发的轴承 (不可分离深沟球轴承) 轴承尺寸 mm 重量 kg 降低比% φ 40×φ 110×2640 1.00 0.37 63 0.27 73 6.结论 我们讨论了 NTN-SNR 开发的机器人轻型轴承。 我们还总结了机器人行业的发展趋势和 最新技术,图 14 中轴承的综合要求。 如图 3 所示,现在机器人运动的控制轴已经得到重视。但是,人们相信,随着对图像处 理控制的增加和协作机器人对人工的支持, 未来人们更注重对轻量和低成本的要求, 甚至超 过对高速和高刚度的要求。 我们开发了本论文讨论的机器人轴承, 以此应对发展趋势。 我们将继续关注机器人行业 发展趋势,并给各种工业机器人提供产品,以此促进欧洲和全球工业的发展。 图 14 机器人技术发展趋势和对轴承的要求