直線定位系統(tǒng)專用型材在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用與解析

李蕾+郭蘭

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其直角坐標(biāo)機(jī)器人領(lǐng)域，在需要獲得平穩(wěn)可靠的直線位移和精確定位的地方，因此核心部位的承載梁顯得尤為重要。

一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)裝置、直線導(dǎo)向裝置、承載梁、連接件等都是必不可少的重要組成部分，而這些重要的部分都是定位在承載梁上的，我國(guó)的承載梁大多數(shù)還是采用鋼結(jié)構(gòu)，雖然鋼結(jié)構(gòu)的承載梁的承載力很好，在長(zhǎng)度上也很具優(yōu)勢(shì)，但是要求的工藝很高，而且成本也很高。

隨著全國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，大量的工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)被應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)，在需要精確定位、高頻率高速度以及用于危險(xiǎn)場(chǎng)所的工況用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)工人與設(shè)備，從而獲得更高的安全性和生產(chǎn)效率，取得經(jīng)濟(jì)效益的提升。

在工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)中，尤其是在非標(biāo)準(zhǔn)的承載梁，僅針對(duì)工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)中的線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)部分來(lái)說(shuō)，其傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方式，通常是針對(duì)每臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備的承載梁進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)加工。因?yàn)楦鞣N承載梁的基本結(jié)構(gòu)具有大量相同相似的地方，又在各個(gè)位置具有不同要求，所以傳統(tǒng)的單獨(dú)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)加工的方式具有設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、重復(fù)勞動(dòng)多、生產(chǎn)加工繁瑣、安裝調(diào)試?yán)щy等缺點(diǎn)。

因此急需一種代替品，通過(guò)擠壓成型的鋁型材，及滿足承載梁的性能需求，又美觀、低成本、精度高、可以批量生產(chǎn)切適用范圍廣的一種理想的鋁型材承載梁。

研究定位系統(tǒng)專用型材目的是，設(shè)計(jì)一種中空型材作為直線導(dǎo)軌主梁。

型材適宜用擠壓的空心型材制成，在重量很輕的情況下也可以擁有較高的強(qiáng)度與剛度，而且長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要任意截取而不會(huì)增加額外成本。

型材截面形式采用方形。從截面方向看，考慮到此型材會(huì)進(jìn)行對(duì)其他零件的安裝和銜接定位，從而設(shè)計(jì)有多個(gè)空心腔室，在不影響型材應(yīng)力的同時(shí)，不光可以減輕結(jié)構(gòu)重量，更方便腔室的擠壓成型，提高拉出型材的形成率。四角的腔室也可以很方便的加工出螺紋，用于型材兩端與其他零件的連接與定位。

在型材上具有多個(gè)縱向延伸的槽口，外部構(gòu)件、安裝附件、傳感器、型材固定等可以很方便的通過(guò)這種槽口固定在型材上。這種靈活而且可靠的連接方式可以滿足不同位置的安裝要求，目的是滿足模塊化的要求。

型材主梁下部擁有一個(gè)空心腔室，用于通過(guò)同步帶，引導(dǎo)同步帶移動(dòng)，上部開(kāi)有槽口，同步帶在槽口內(nèi)部移動(dòng)。這種設(shè)計(jì)在長(zhǎng)行程使用時(shí)可以減少同步帶偏移，有效的增加系統(tǒng)的最大行程和在長(zhǎng)行程時(shí)的定位精度，同時(shí)也可以防止灰塵和濺水進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。

圖中序號(hào)說(shuō)明：1.同步帶運(yùn)行的槽口； 2.型材中腔； 3.直線導(dǎo)軌定位槽； 4. 導(dǎo)軌連接的梯形槽； 5.上定位孔； 6. 下定位孔；7.主梁安裝用梯形槽；8.主梁輔助用安裝梯形槽；9. 同步帶運(yùn)行的空腔；

解析：

1、本實(shí)用新型型材具有高集成度、高承載、高剛性、輕質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)方便。

2、型材適宜用擠壓的空心型材制成，在重量很輕的情況下也可以擁有較高的強(qiáng)度與剛度，而且長(zhǎng)度可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要截取，成本低廉。

3、本型材為空心型材，型材截面采用方形構(gòu)造。型材的各部分壁厚應(yīng)均勻分布，以獲得最佳的力學(xué)性能和工藝性能。

4、如圖1所示，從型材截面上看，型材四個(gè)角具有四個(gè)腔室，即上定位孔5和下定位孔6。上、下定位孔可以通過(guò)圓柱銷來(lái)對(duì)其他部件進(jìn)行定位。并且有利于在其內(nèi)部做出螺紋孔，以作為端頭與其他部件的連接孔用。

5、從型材截面上看，型材的兩側(cè)有輔助用安裝梯形槽8、底部有連接用的梯形槽7。這些槽口用于外部構(gòu)件、安裝附件、傳感器等與型材間的固定。這些槽口采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可以采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的T型螺栓來(lái)連接。也可以用作安裝定位槽，既減輕了型材的重量，又有利于減輕型材的撓度變形程度。

6、型材擁有限定同步帶移動(dòng)的槽口和保護(hù)同步帶通過(guò)的通道，即圖中的同步帶運(yùn)行的槽口1和同步帶運(yùn)行的空腔9，同步帶運(yùn)行的空腔9在提供同步帶有效使用空間的同時(shí)，保證了型材強(qiáng)度，也極大可能的減輕型材自身的重量。

7、型材內(nèi)部有一個(gè)較大的開(kāi)口型空腔，即型材中腔2。這個(gè)空腔用于容納驅(qū)動(dòng)單元的內(nèi)部構(gòu)件，可以按要求安裝直線導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)滾輪、和安裝滑塊的連接塊等。

8、在型材中腔2的下方有直線導(dǎo)軌定位槽3和導(dǎo)軌連接的梯形槽4。直線導(dǎo)軌定位槽3用于定位直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌連接的梯形槽4內(nèi)放置梯形連接件，通過(guò)普通的內(nèi)六角螺釘便可以將直線導(dǎo)軌與梯形連接件連接，從而鎖定直線導(dǎo)軌的位置，必要時(shí)可以在連接處涂抹緊固膠水，提高固定效果。

9、直線導(dǎo)軌定位槽3的下表面可以是平面，也可以是大半徑的圓弧面，便于定位。

10、本實(shí)用新型只需做很少的改動(dòng)就可滿足不同的實(shí)際需求。

可以在兩側(cè)安裝驅(qū)動(dòng)塊，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。也可以在一側(cè)的上定位孔5的下面適當(dāng)位置切割矩形槽安裝滾輪軸。在不做外部驅(qū)動(dòng)塊的情況下，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能，從而減少使用空間，提高工作效率。

11、該型材的最大特點(diǎn)就是小巧，輕便，精簡(jiǎn)，多功能，可應(yīng)用在實(shí)際使用空間狹小，負(fù)載不大，速度很快的工況中。并且價(jià)格不會(huì)因?yàn)樗木啥?，是一款性價(jià)比很高的產(chǎn)品。

近十幾年國(guó)內(nèi)擠壓型材的技術(shù)進(jìn)步很快，現(xiàn)在可以很經(jīng)濟(jì)的獲得較高精度和高強(qiáng)度的擠壓型材，使這種線性驅(qū)動(dòng)單元的有效行程可以達(dá)到6米以上。若采用外加主梁來(lái)提高系統(tǒng)剛度，通過(guò)外加附件連接型材增加系統(tǒng)長(zhǎng)度，則系統(tǒng)的有效行程可以做到更高，而平均到單位長(zhǎng)度上的成本幾乎沒(méi)有增加。