桁架式机械手伺服电机选型
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X轴减速比：n/nx=3000÷364=8.24，所以减速比选 取：ix=8。
Z轴驱动齿轮：模数mz=2.5，齿数zz=30，分度圆直 径dz=mz.zz=0.075m。
Z轴驱动齿轮设计最高转速：
nz = Vzmax ⋅ 60 /(π ⋅ dz ) = 2× 60 /(3.14× 0.075) = 510 r / min
Z轴减速比：n/nz=3000/510=5.88，所以减速比选 取：iz=5。
2 伺服电机扭矩和功率选取
该桁架机械手X轴采用双直线导轨，四滑块结构。 综合考虑安装状态和滑块刮油板产生的运动阻力，确定 摩擦系数μx=0.1。
X轴匀速时驱动力：
Fxर = Fx䱫 = (M x ⋅ g )µx = 300× 9.8× 0.1 = 294N
Z轴为垂直轴，V型滚轮导向，齿轮齿条传动。V型 滚轮系统的摩擦系数μv=0.02，预紧力150N，V型滚轮 摩擦力Fz摩=150×0.02=3N，远小于Z轴的重力。电机主 要克服重力使Z轴上下运动，为简化计算将摩擦力忽略 不计，设重力方向为正方向。
=
2 0.4
= 5m / s2
X轴加速时驱动力：
Fx加 = Fx阻 + M x ⋅ ax加 = 294 + 300 × 5 = 1794N
X轴加速时电机扭矩：
Tx࣐
=
Fx࣐ ⋅ (dx / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
=
1794× (0.105 ÷ 2) 8× 0.95× 0.97
= 12.78N
X轴线性减速，速度从2m/s减速到静止需要0.4s，
=
−1206× (0.105 ÷ 8× 0.95× 0.97
2)
=
−8.59N
设备连续运行时所需要的扭矩，一定要小于电机 的额定扭矩。电机的最大扭矩表示的是电机的瞬时过载 能力，主要是在设备加减速时瞬时达到，不能长时间输 出。为满足X轴加速时电机扭矩Tx加=12.78N的要求，从 伺服电机样本中查得，X轴应选额定功率为3kW的伺服 电机，其额定扭矩9.55N/m，瞬时最大扭矩28.65N/m， 额定转速3000r/min，满足要求并留有余量。
所以X轴减速度：
ax减
=
0 −Vxmax t x加减
=
−2 0.4
= −5m / s2
【2】 第41卷 第6期 2019-06
X轴减速时制动力： Fx߿ = M x ⋅ ax߿ − Fx䱫 = 300 × (−5) − (−294) = −1206N
X轴减速时电机扭矩：
Tx߿
=
Fx߿ ⋅ (d x / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
图1 桥架式机械手结构图
已知：X轴运动部分重量Mx=300kg，齿轮齿条传 动，要求最大速度Vxmax=2m/s，加减速时间tx加减=0.4s。
Z1、Z2轴运动部分重量均为Mz=90kg，齿轮齿条传 动 ，要求最大速度Vzmax=2m/s，加减速时间tz加减=0.4s。
1 伺服电机额定转速及减速比选取
程，同时也对伺服电机各项参数的选型原则进行了阐述。
关键词：桁架机械手；伺服电机；额定扭矩；最大扭矩；惯量匹配
中图分类号：TP241
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2019)06-0001-03
0 引言
桁架式机械手也叫龙门式机器人，属于直角坐标 机器人的一种。针对机械加工行业所设计的桁架式机械 手与数控机床相结合，可以实现在该设备或多设备之间 的工件自动抓取、上料、下料、工件转序加工。本文所 述的桁架机械手由一个水平轴X和其上安装的两个垂直 Z1、Z2轴构成，用于重型卡车变速器Ⅱ轴剃齿工序。
第41卷 第6期 2019-06 【1】
机，额定转速n=3000r/min。下面来计算X、Y轴的减速 机减速比：
X轴驱动齿轮：模数mx=2.5，齿数zx=42，分度圆直 径dx=mx.zx=0.105m。
X轴驱动齿轮设计最高转速：
nx = Vxmax ⋅ 60 /(π ⋅ dx ) = 2 × 60 /(3.14 × 0.105) ≈ 364r / min
动作顺序：Z1、Z2轴上升回到“Home”位置→X 轴移动使Z1轴到达上料位上方→Z1轴下降抓取工件然 后上升→Z2移动到剃齿机1上方→Z2轴下降抓取工件然 后上升→Z1移动到剃齿机1上方→Z1轴下降放下工件然 后上升→Z1移动到剃齿机2上方→Z1轴下降抓取工件然 后上升→Z2轴移动到剃齿机2上方→Z2轴下降放下工件 然后上升→Z2移动到剃齿机3上方→Z2轴下降抓取工件 然后上升→Z1移动到剃齿机3上方→Z1轴下降放下工件 然后上升→Z2移动到下料位上方→Z2轴下降放下工件 然后上升→Z1轴再次移动到上料位上方，上下料及转序 完成，等待下一次循环。
桁架式机械手伺服电机选型
Type selection of servo motor for truss type manipulator
蒲军
PU Jun
（陕西法士特汽车传动集团公司，宝鸡 722409）
摘 要：通过分析桁架机械手运动时的负载情况，在给定速度和加减速时间的前提下，从转速、负载
转、惯量匹配三方面对驱动伺服电机的选型方法进行了介绍，并给出了计算方法与计算过
为了满足该桁架机械手高速度，高精度的运动的要 求，驱动装置选用交流伺服电机。如果在电机选型过程 中，盲目选择大规格的电机，不仅会增加成本，也会使 设备体积过大而造成结构不紧凑等问题。因此，选择电 机时应综合考虑各方面要求，以充分发挥伺服电机的工
作性能。下面以该桁架伺服驱动电机的选取为例介绍伺 服电机的选型方法。
齿轮齿条传动效率：η齿=95% ，减速机传动效率： η减=97%。
X轴匀速时电机扭矩：
Txर
=
Fxर ⋅ (dx / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
=
294× (0.105 ÷ 2) 8× 0.95× 0.97
=
2.09N
X轴线性加速，速度从静止加速到2m/s需要0.4s，
所以X轴加速度：
ax࣐
= Vxmax t x࣐߿
伺服电机通过减速机提高输出轴的扭矩满足桁架机 械手重载运行的要求，同时降低输出轴转速使电机能够 工作在额定转速附近，充分发挥电机的性能。该桁架要 求高运行速度、高响应速度，所以选择低惯量型伺服电
收稿日期：2018-06-01 作者简介：蒲军（1982 -），男，陕西宝鸡人，工程师，本科，主要从事非标设备和自动化生产线的控制系统设计。
Z轴驱动齿轮：模数mz=2.5，齿数zz=30，分度圆直 径dz=mz.zz=0.075m。
Z轴驱动齿轮设计最高转速：
nz = Vzmax ⋅ 60 /(π ⋅ dz ) = 2× 60 /(3.14× 0.075) = 510 r / min
Z轴减速比：n/nz=3000/510=5.88，所以减速比选 取：iz=5。
2 伺服电机扭矩和功率选取
该桁架机械手X轴采用双直线导轨，四滑块结构。 综合考虑安装状态和滑块刮油板产生的运动阻力，确定 摩擦系数μx=0.1。
X轴匀速时驱动力：
Fxर = Fx䱫 = (M x ⋅ g )µx = 300× 9.8× 0.1 = 294N
Z轴为垂直轴，V型滚轮导向，齿轮齿条传动。V型 滚轮系统的摩擦系数μv=0.02，预紧力150N，V型滚轮 摩擦力Fz摩=150×0.02=3N，远小于Z轴的重力。电机主 要克服重力使Z轴上下运动，为简化计算将摩擦力忽略 不计，设重力方向为正方向。
=
2 0.4
= 5m / s2
X轴加速时驱动力：
Fx加 = Fx阻 + M x ⋅ ax加 = 294 + 300 × 5 = 1794N
X轴加速时电机扭矩：
Tx࣐
=
Fx࣐ ⋅ (dx / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
=
1794× (0.105 ÷ 2) 8× 0.95× 0.97
= 12.78N
X轴线性减速，速度从2m/s减速到静止需要0.4s，
=
−1206× (0.105 ÷ 8× 0.95× 0.97
2)
=
−8.59N
设备连续运行时所需要的扭矩，一定要小于电机 的额定扭矩。电机的最大扭矩表示的是电机的瞬时过载 能力，主要是在设备加减速时瞬时达到，不能长时间输 出。为满足X轴加速时电机扭矩Tx加=12.78N的要求，从 伺服电机样本中查得，X轴应选额定功率为3kW的伺服 电机，其额定扭矩9.55N/m，瞬时最大扭矩28.65N/m， 额定转速3000r/min，满足要求并留有余量。
所以X轴减速度：
ax减
=
0 −Vxmax t x加减
=
−2 0.4
= −5m / s2
【2】 第41卷 第6期 2019-06
X轴减速时制动力： Fx߿ = M x ⋅ ax߿ − Fx䱫 = 300 × (−5) − (−294) = −1206N
X轴减速时电机扭矩：
Tx߿
=
Fx߿ ⋅ (d x / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
图1 桥架式机械手结构图
已知：X轴运动部分重量Mx=300kg，齿轮齿条传 动，要求最大速度Vxmax=2m/s，加减速时间tx加减=0.4s。
Z1、Z2轴运动部分重量均为Mz=90kg，齿轮齿条传 动 ，要求最大速度Vzmax=2m/s，加减速时间tz加减=0.4s。
1 伺服电机额定转速及减速比选取
程，同时也对伺服电机各项参数的选型原则进行了阐述。
关键词：桁架机械手；伺服电机；额定扭矩；最大扭矩；惯量匹配
中图分类号：TP241
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2019)06-0001-03
0 引言
桁架式机械手也叫龙门式机器人，属于直角坐标 机器人的一种。针对机械加工行业所设计的桁架式机械 手与数控机床相结合，可以实现在该设备或多设备之间 的工件自动抓取、上料、下料、工件转序加工。本文所 述的桁架机械手由一个水平轴X和其上安装的两个垂直 Z1、Z2轴构成，用于重型卡车变速器Ⅱ轴剃齿工序。
第41卷 第6期 2019-06 【1】
机，额定转速n=3000r/min。下面来计算X、Y轴的减速 机减速比：
X轴驱动齿轮：模数mx=2.5，齿数zx=42，分度圆直 径dx=mx.zx=0.105m。
X轴驱动齿轮设计最高转速：
nx = Vxmax ⋅ 60 /(π ⋅ dx ) = 2 × 60 /(3.14 × 0.105) ≈ 364r / min
动作顺序：Z1、Z2轴上升回到“Home”位置→X 轴移动使Z1轴到达上料位上方→Z1轴下降抓取工件然 后上升→Z2移动到剃齿机1上方→Z2轴下降抓取工件然 后上升→Z1移动到剃齿机1上方→Z1轴下降放下工件然 后上升→Z1移动到剃齿机2上方→Z1轴下降抓取工件然 后上升→Z2轴移动到剃齿机2上方→Z2轴下降放下工件 然后上升→Z2移动到剃齿机3上方→Z2轴下降抓取工件 然后上升→Z1移动到剃齿机3上方→Z1轴下降放下工件 然后上升→Z2移动到下料位上方→Z2轴下降放下工件 然后上升→Z1轴再次移动到上料位上方，上下料及转序 完成，等待下一次循环。
桁架式机械手伺服电机选型
Type selection of servo motor for truss type manipulator
蒲军
PU Jun
（陕西法士特汽车传动集团公司，宝鸡 722409）
摘 要：通过分析桁架机械手运动时的负载情况，在给定速度和加减速时间的前提下，从转速、负载
转、惯量匹配三方面对驱动伺服电机的选型方法进行了介绍，并给出了计算方法与计算过
为了满足该桁架机械手高速度，高精度的运动的要 求，驱动装置选用交流伺服电机。如果在电机选型过程 中，盲目选择大规格的电机，不仅会增加成本，也会使 设备体积过大而造成结构不紧凑等问题。因此，选择电 机时应综合考虑各方面要求，以充分发挥伺服电机的工
作性能。下面以该桁架伺服驱动电机的选取为例介绍伺 服电机的选型方法。
齿轮齿条传动效率：η齿=95% ，减速机传动效率： η减=97%。
X轴匀速时电机扭矩：
Txर
=
Fxर ⋅ (dx / 2) ix ⋅η喯 ⋅η߿
=
294× (0.105 ÷ 2) 8× 0.95× 0.97
=
2.09N
X轴线性加速，速度从静止加速到2m/s需要0.4s，
所以X轴加速度：
ax࣐
= Vxmax t x࣐߿
伺服电机通过减速机提高输出轴的扭矩满足桁架机 械手重载运行的要求，同时降低输出轴转速使电机能够 工作在额定转速附近，充分发挥电机的性能。该桁架要 求高运行速度、高响应速度，所以选择低惯量型伺服电
收稿日期：2018-06-01 作者简介：蒲军（1982 -），男，陕西宝鸡人，工程师，本科，主要从事非标设备和自动化生产线的控制系统设计。