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桁架机器人关键部件结构优化设计

摘要：桁架式机器人是一种应用广泛的技术产品，它融合了计算机、控制理

论、机械、信息和传感技术以及人工智能等不同学科。它是多功能、自由度多、

多功能的操作对象，具有自动控制、可重复编程功能。鉴于国内企业劳动力成本

不断上升，桁架式工业机器人对我国制造业机器人的特点、结构和设计有着深刻

的理解和认识，在生产中有着不可逆的作用，单调劳动重复摆脱，产品质量提高，

在高温和有毒场合中有着不可逆的作用，应用广泛该结构受运动影响，振动概率

高。由于桁架机器人终端效应器的运动，桁架机器人的结构和立柱会受到一些变

形的影响。这优化了桁架机器人的结构和立柱，提高了桁架机器人的固有频率和

刚度，并提高了桁架机器人的动作和运动精度。

关键词：桁架机器人；关键部件；结构设计

引言

桁架机器人是一种多自由度自动化工具，它不仅可以自动控制，还可以在

XYZ空间直角坐标系下进行反复编程。是传统物流的根本转变，使得生产过程中

机械零件生产的数字化、计算机化和无人化管理的操作环境，不仅在产品生产质

量上，而且在劳动生产率、劳动解放和现代系统上都更加有效。

1结构形式与特点

1.1结构形式

桁架式机器人的结构通常是框架龙门的形式，通过将多个设备(加工中心和

数控对象)集成到一个自动化生产单元中，从而实现零件的自动化和大批量生产，

提高了生产率和产品质量。要增加设备对横梁的刚度，请根据龙门的长度，添加

一个连接立柱，该连接立柱与两端机架之间的中间机架相匹配。立柱的位置一般

在5-6米之间。因此，桁架机器人可以将尽可能多的加工设备合并到一个加工机

组中，以最大化加工要求和性能。

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1.2设备特性

(1)运动部件以最大速度150米/分钟)2.5m/s直线运行；（2）速度行驶过

程中的加速度是机器的两倍，高达5m/s²。(3)重复定位精度达到±0.05毫米；

(3)将零件加工所需的加工设备组合一个通讯网络，实现工艺功能和规模；

1.3对象结构

（1）立柱:桁架立柱的一个主要构件，它支撑上部横梁并将桁架机器人重要

结构零件安装到设施的平面。通常，用“冷拔无缝方形钢管”和钢板焊接，使用

夹板型顶部连接横梁，并在安装期间调整经过的梁工作平面，使附着在z轴上的

梁上的轴垂直于立柱的下平面。同时，立柱的稳定性得到了改善，立柱的底部也

得到了改善。立柱底部安装表面必须将顶部梁的力作用点保留在柱立柱底部安装

板的有效范围内，以减少由于顶部梁和z轴运动零件的质量而导致立柱倾覆力矩

的时间。(2)横梁:是桁架的另一部分。其刚度和强度是直接影响整个设备精度的

重要结构。因此，梁的结构对桁架机器人的设计很重要，桁架机器人的x轴配有

导轨元件和齿轮传动装置，并用于机器人自重、机器手抓取外载荷、整个z轴机

构自重等。在横梁的两端安装限制z轴运动超出行程的限位开关和端盖。（3）

竖轴:(也称为z轴)与x轴相连的托盘垂直机器人的轴，下轴机械手在机器人抓

取工件，z轴上下移动的轨道和齿轮齿条传动机构。z轴的顶部具有运动限位器

和端盖。(4)载板:是一种驱动装置，它将机体附着在桁架运动和电机上，电机驱

动电机和减速机器，减速机器沿着x轴运动。电机和控制z轴上下运动的电机；

沿x轴和z轴运行的润滑系统电缆和空气抱闸沿z轴运动；沿x轴和z轴的导轨

或导向部件；z轴为了提高运动过程中的重新定位精度，减小沿z轴运动时的转

动惯量，托板通常使用铝合金来减小自身质量，减少转动惯性冲击的影响。

2桁架机器人整体结构设计