说起直角坐标型机器人，很多人或许并不将其称之为机器人，但从广义上来讲，它也可以算作机器人的一种。根据市场应用情况，直角坐标机器人在中国市场应用占比最大，应用场合也更为广泛。
直角坐标型机器人作为工业机器人中系统结构最为简单的一类，因其成本较低，并可以根据不同情况进行灵活组装，而被广泛应用于点胶、注塑、喷涂、码垛、搬运、上下料等常见的工业生产领域。目前，我国使用的工业机器人中40%左右为直角坐标机器人。
一、直角坐标型机器人的应用与优势
直角坐标型机器人又称单轴机械手，工业机械臂，电缸等，是以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，以伺服电机、步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹。
直角坐标型机器人因末端操作工具的不同，可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。应用对象涉及电子、机械、汽车、食品等诸多行业。
相对于关节型机器人而言，直角坐标型机器人不仅结构简单，而且成本低廉。直角坐标型组合方式灵活多样，可以组装成单轴到多轴的机械手，如龙门式、悬臂式、壁挂式等，也可根据不同的负载、行程、功能及特殊空间要求，为客户订制所需求产品。同时，X、Y、Z三轴基础上可以扩展旋转轴和翻转轴，构成五自由度和六自由度机器人，或者作为专业自动化机械中的直线定位系统。
相较于人工，直角坐标型机器人有无可比拟的优势。直角坐标型机器人运行速度快，重复定位精度高，可有效节省人工成本、快速提升产能，适合大批量生产，可缩短交货周期，能确保产品质量的稳定性、均匀性与一致性，生产制造出来的产品保障性更高。
据最新数据统计显示，2014年，大部分直角坐标型机器人厂家的销量都实现了较大程度的增长。去年一年直角坐标型机器人在我国的销售量达1.80万台，总产值1.62亿元，同比增长30%。目前，中国使用的工业机器人中40%左右为直角坐标型，直角坐标型机器人是中国工业机器人市场上销量最大的机器人类型。
二、直角坐标机器人的选型
1.使用要求分析
对于选型的职员首先要有物理运动学基础，材料力学基础，伺服驱动使用和数控系统的应用经验，但最主要是把题目和要求等介绍很清楚。对于简单任务和有经验的工程师通过电话和邮件就可以沟通好，而对复杂的任务要到现场双方共同分析和制定任务描述，给出具体公道的要求。
下面是主要的数据和信息：
机器人的工作任务，
手抓和负载的总重量，
一个完整的工作周期是多少秒，可能分解成的子运动及对应的时间，
运动和取抓过程中与其它设备的同步/握手要求，
各个运动轴的有效运动长度及答应的最大运行速度，
机器人工作四周空间上的限制，
使用环境有粉末，高温，湿度等特殊防护要求。
2.机器人结构形式选择
根据前面“使用要求分析”中获得的信息资料来选择机器人的结构形式。原则上尽可能选择龙门式直角坐标机器人，但有时受工作空间限制必须选择悬臂式。在食品搬运和玻璃切割等项目中会产生大量粉末,伤害运动轴里面的导轨，此时最好采用悬挂式机器人。有时根据负载及运动间隔和空间限制必须选用挂臂式。根据机器人的工作任务来确定负载的运动位置精度要求，要考虑减速时晃动产生的位置误差。根据机器人的工作任务及其工作空间上的限制来确定运动轴数目及各自运动行程。
3.规划运动轨迹及计算运动速度
根据机器人的工作任务和空间限制来规划运动轨迹。尽可能减少运动间隔，对工作周期要求严的应用要尽可能运用多轴同时运动来减少运动时间和降低运动速度。抓取负载后运动速度要低，空载返回原始点时要快。负载大时加速度和减速度要小，尽可能避免产生巨大的冲击力。根据上面的原则给出各段运动的速度，加速度和减速度。各个运动段间尽可能平稳变速以保证工作周期,减少冲击力和运行噪音。在运动速度分配时要充分考虑各个运动过程与其它设备间的同步协调时间，而且规划的运动时间要比用户要求的时间短些。
4.受力分析
根据速度分析得出各个轴的最大加速度和减速度。然后再计算出多轴同时运动时产生的合成最大减速度。选择独立运动的减速度和同时运动时合成减速度二者中大的减速度，根据这个最大的减速度计算出XYZ三个方向的最大冲击力Fx,Fy和Fz及产生的最大扭曲力矩Mx,My和Mz。在计算不同轴扭曲力矩Mx,My和Mz时要考虑等效负载的重心位置，总重力和减速时产生的冲击力。
5.变形分析
绕度形变仅在大跨度悬空方式下，而且受力很大的情况下才发生。其绕度形变量的计算方法见下面的公式。
f=（F×L3）/（E×I×192）
f：挠度形变（mm）f≤1mm
F：负载压力（N）
L：导轨长度（mm）
E：弹性模量（70,000N/mm2）
I：面积平方（mm4）
在很多任务中可以答应在运动中有一定量的变形，但在玻璃切割机等数控设备类的应用中是不答应产生变形的。
6.选择驱动电机
根据直线定位单元驱动轴的最高转速来选择驱动电机。当驱动轴的最高转速低于600转/分时通常选用步进电机，否则要选用交流伺服电机。但交流伺服电机的最高转速不要超过3000转/分，否则影响其寿命。
当选用步进电机做驱动轴时，其负载的转动惯量与步进电机的转动惯量比要小于12，当选用伺服电机做驱动轴时，其负载的转动惯量与伺服电机的转动惯量比要小于8，否则影响其高动态特性。但转动惯量比大于上面的数值时，要加减速机。在不超过驱动电机最高转速限制情况下，要尽量选择大减速比的减速机。为了保证高的动态特性，保证在约定的时间内完成任务，驱动电机的最大出力要比理论计算值至少高出85%。通常所选择的驱动电机的最大出力要比理论计算值至少高出100%，而转动惯量比要小于5。
7.确定机器人的结构及各个运动轴
根据上面6个方面的信息和数据就可以终极选定机器人的结构形式及每个运动轴的具体型号和长度等，通常我们能从图片库中找出同样结构的照片，这里的照片是指CAD图或以往用户机器人的照片。还要设计好各个轴间的连接板，不仅要考虑机械方面的装配配合精度，材料的物理强度，连接螺丝杆的拉力等，更要考虑在主要受冲击方向加大加强连接板，必要时增加连接板。主要螺丝杆和螺丝帽要加胶，以防长期振动后变松动。
机器人在加速和减速时会产生强大的冲击力，而且通常天天要工作24小时，所以机器人必须被牢固地安装在支架上。机器人的支架要有足够的抗冲击力，要有地脚，以保证在长期高速高动态运动冲击下，没有任何晃动。此外在安装时要保证运动轴间的平行度、平面度和垂直度。
8.选择末端操纵器——手爪系统
根据其具体应用情况，其手爪系统可能是气动吸盘，气动夹取手爪，电动夹取手爪，电磁吸取手爪，焊枪，胶枪，专用工具和检测仪器等。在很多场合可以一次抓取多个工件。
9.选择控制系统
机器人要在一定时间内完成特定的任务，比如每10秒内完成一次搬运工作。在完成抓取，加减速运动，高速运动，开释工件等同时，还要与相关的设备通过通讯或I/O口实现一些时序上的协调同步。在涂胶应用上，各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数，I/O口数目和软件功能。通常选用数控系统，PLC，工控机加运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机。
10.技术协议
每台机器人都有运行速度，重服定位精度和各种特定功能等技术要求，在签合同时务必要签订技术协议，验收内容和验收方式等。
好了以上即是直角坐标型机器人的应用优势与选型。
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