为了方便机器人选型,日本FANUC公司提供了一个机器人负荷计算分析,填入负载重量、重心位置、绕重心的转动惯量,就可以自动计算出J4/J5/J6三个轴的扭矩和转动惯量。

FANUC机器人校核表下载地址:https://www.cad2d3d.com/post-604.html

机器人校核如下图所示:

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这个界面很简洁,用起来也很方便,但是只给出了扭矩、转动惯量以及是否可用,而内在的计算过程、公式、逻辑关系等都被隐藏了,为防止别人偷看,日本FANUC公司把整个工作簿都被保护起来。

输入密码,取消保护工作簿及 里面的各个表格,在底部的页面选项卡上点击右键,选择取消隐藏,就会弹出如下所示的对话框,有9个页面被日本FANUC公司隐藏了,其中Payload Input这个页面就有具体的计算公式。

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下面结合FANUC R-2000iC/165F机器人来具体说明一下机器人负荷计算分析的过程。

下图是FANUC R-2000iC/165F机器人手腕部负载曲线图:

假定负载的重心位置X=1 Y=1 Z=1,工件重量20kg,负载绕重心并对齐默认TCP坐标系的转动惯量都是1,将以上数值输入机器人负荷计算分析这个表格,Payload Input 表格会自动获取以上数值,并计算出扭矩和转动惯量,具体见下图:

下面说一下扭矩是怎么计算的

首先看一下机器人末端法兰盘与负载之间的几何关系,J5轴至法兰盘的距离是0.215米,负载重心至J5中心距离为√(X²+Y²+(Z+0.215)²)。

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从表格可知,J6轴扭矩值277.2Nm,力臂1.4142mm,下面说一下这两个值是怎么得来的。

力臂L=√(X²+Y²)=√(1²+1²)=√2=1.4142m

扭矩M=F×L=20kg×9.8m/s²×1.4142m=277.2Nm

从表格可知,J4J5轴扭矩值365.4Nm,力臂1.8645mm,下面说一下这两个值是怎么得来的。

力臂L=√(X²+Y²+(Z+0.215)²)=√(1²+1²+(1+0.215)²)=1.8645m

扭矩M=F×L=20kg×9.8m/s²×1.8645m=365.4Nm

下面看一下转动惯量是怎么计算的。

从表格可知,J6轴转动惯量是41kgm²。

J6轴转动惯量=负载绕重心旋转并对比Z方向的转动惯量+md²(转动惯量平行轴定理)=1kgm²+20kg×1.414²m=41kgm²。

J4和J5轴的转动惯量计算比较负载,具体大小跟J6轴角度有关,FANUC是将J6轴分成了24等份,每份15°,再依次计算J6轴在不同角度时对J5轴产生的转动惯量,最后找出最大值,或者先确定J5轴转动惯量最大时对应的J6轴的角度,然后直接取出负载绕J5轴转动惯量。

对于J4J5轴转动惯量,我看了半天,迷迷糊糊,这个计算过程还是挺复杂的。

其他表格大家自己看吧,主要是提供数据支撑的,计算过程相对来说少一些。