在工业自动化领域中，门板翻转桁架机器人因其高效、准确的作业能力，广泛应用于生产线上的物料搬运与翻转作业。本文旨在介绍一款专为门板翻转设计的二轴桁架机器人设计方案，该机器人具备两端夹持翻转机构，适用于输送线总长30米、载荷300kg的场景。

一、项目概述

1.1 设计目标

• 功能需求：实现门板在输送线上的自动搬运与两端夹持翻转功能。
• 性能参数：
  • 输送线总长：30米
  • 载荷能力：300kg
  • 翻转方式：两端夹持翻转
  • 机械手类型：二轴桁架机械手（X轴、Z轴）

1.2 应用场景

本方案适用于需要频繁翻转重型门板的生产线，如家具制造、汽车制造等领域，能够显著提高生产效率和降低人工成本。

二、总体设计方案

2.1 机械结构设计

2.1.1 桁架结构

采用高强度钢材构建的二轴桁架结构，确保在承载300kg载荷时具有良好的稳定性和刚性。桁架结构设计时进行了应力计算，以保证结构在各种工况下均不发生形变。

2.1.2 X轴与Z轴设计

• X轴：负责沿输送线方向的水平移动，采用重载扁导轨齿条系统，以齿轮齿条为动力源，配合重载导轮箱实现高负载高速运行，并设有V型导论机构以增强抗扭能力。
• Z轴：负责垂直方向上的升降运动，同样采用重载扁导轨齿条系统，并配以平衡气缸确保运动平稳。Z轴设计上优化了导轮箱间距，以增强抗弯特性。

2.1.3 翻转机构

翻转机构设计为两端夹持翻转，采用气缸驱动夹持机构下降，夹持机构在两侧同时夹紧门板，然后通过翻转轴实现180度的翻转动作。翻转轴由电机、减速机和传动装置组成，通过精确控制翻转轴的转动，实现门板的稳定翻转。

2.2 安全与防护设计

• 防坠机构：在Z轴上安装轴伸式安全防坠器，当传感器检测到Z轴失速时，防坠器轴伸出阻止Z轴下降，确保安全。
• 防撞装置：在X轴两端及Z轴升降范围内安装缓冲块和重载油压缓冲器，吸收撞击能量，防止机械碰撞。
• 限位开关：在各轴运动极限位置安装限位开关，防止机械超程运行。

2.3 控制系统设计

控制系统采用PLC为核心，结合伺服电机和传感器，实现精确的运动控制和安全保护。通过编程和传感器反馈，实现门板翻转桁架机器人的精确定位和动态调整。

三、工作流程

1. 初始状态：桁架机械手位于起始位置，夹持机构处于张开状态。
2. 门板定位：X轴移动至目标门板位置，Z轴下降，夹持机构夹紧门板。
3. 水平移动：X轴带动门板沿输送线移动至翻转区域。
4. 翻转动作：夹持机构保持夹紧状态，翻转轴启动，带动门板翻转180度。
5. 复位与放置：翻转完成后，X轴将门板移动至目标位置，Z轴上升，夹持机构松开，门板放置在指定位置。