工業(yè)機器人應(yīng)用中機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法分析

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摘要：工業(yè)機器人是智能化的制造設(shè)備，對工業(yè)生產(chǎn)效率的提高具有很大影響。對機器人的機械機構(gòu)設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)和改良，能夠提高機器人的使用能力，是當(dāng)代工業(yè)機器人的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；機械結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法

1工業(yè)機器人設(shè)計原則

1.1遵循和注意最小慣量的原則

機器人的各個零部件在進(jìn)行活動的過程中，因慣性沖擊對本身影響很大，設(shè)計過程中要注意最小慣量原則，以此使機器人的運動更加平穩(wěn)，減少運動末端的誤差[1]。具體設(shè)計方法是減輕運動部件的自身重量，使運動連桿的重心最大程度的接近轉(zhuǎn)軸。

1.2設(shè)計尺度最優(yōu)為原則

可以實現(xiàn)設(shè)計功能的條件下，對機器人的零部件選擇做到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和最優(yōu)的大小，以保證所使用的零部件自身的重量更輕，應(yīng)用的尺度更小，實現(xiàn)機器人的更加精密性。

1.3選用比強度高的材料原則

進(jìn)行機器人設(shè)計制造材料的選擇時，選擇高比強度的材料，并且以最小慣量和最優(yōu)尺度為原則。機器人需要進(jìn)行克服峰值力矩，要進(jìn)行材料的選擇要求比強度對機器人的制造而言很重要。因此，在經(jīng)費允許的情況下，必須進(jìn)行選擇比強度更高的材料。

1.4進(jìn)行高剛度的設(shè)計原則

材料的剛度決定了機器的精度，材料的剛度太低容易出現(xiàn)堆擠，設(shè)計過程中最好選擇剛度更高的應(yīng)用材料，以此來降低材料的彈性。同時進(jìn)行截面形狀的建設(shè)對材料的溝瀆產(chǎn)生影響，進(jìn)行合理的力矩分配對材料的變形情況能夠減輕。

1.5設(shè)計過程中的可靠性原則

進(jìn)行設(shè)計過程中，必須進(jìn)行機器人的可靠性的測試和預(yù)估，具體的測試方法有機器人的使用壽命的計算、列筆法、查表法和概率計算等方法。機器的應(yīng)用軟件的可靠性也必須進(jìn)行測試，在機器人經(jīng)過調(diào)試出廠以前，還要進(jìn)行定時烤機試驗，發(fā)現(xiàn)和收集有可能產(chǎn)生的故障和失誤。

1.6設(shè)計的工藝性原則

在進(jìn)行機器人零部件設(shè)計時，應(yīng)該想到工藝要求，工藝要求太高的機器人零部件將使機器人的設(shè)計和制造程本增加很多，相對制造容易、好維修、裝配輕松的零部件對機器人的設(shè)計生產(chǎn)和加工制造更為適合。

2工業(yè)機器人機械設(shè)計的程序步驟

工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎O(shè)計也要根據(jù)相應(yīng)的步驟進(jìn)行。

2.1必須明確設(shè)計的任務(wù)和目的

這是進(jìn)行工業(yè)機器人設(shè)計第一步。機器人不是萬能的，各個機器人進(jìn)行設(shè)計時都會有需要設(shè)計的目的，不一樣的工作區(qū)域的機器人的設(shè)計方案是不一樣的[2]，不一樣的使用功能的機器人的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要點和標(biāo)準(zhǔn)是不相同的。

2.2進(jìn)行方案設(shè)計

在明確了機器人設(shè)計目的和任務(wù)后，開始進(jìn)行方案設(shè)計，最少也要準(zhǔn)備十幾種設(shè)計方案進(jìn)行備用。方案設(shè)計關(guān)鍵是進(jìn)行機器人的動力源的確定，機器的型態(tài)進(jìn)行明確，同時確定自由度數(shù)，進(jìn)行運動范圍及傳動方式的確定，最終，依據(jù)方案設(shè)計計算出合理的成本預(yù)算。

2.3進(jìn)行臂長優(yōu)化和運動分析

設(shè)計過程中，在確定了機器人的臂長后，進(jìn)行臂長的最大優(yōu)化，使機械手臂可以應(yīng)用在最小的工作空間范圍并能夠完成最靈活的操作工作。

2.4對機器人的機械機構(gòu)設(shè)計

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計主要進(jìn)行五個步驟，第一，對主體結(jié)構(gòu)的進(jìn)行設(shè)計，包括夾具的設(shè)計，機器人的負(fù)載慣量的估算，進(jìn)行各驅(qū)動力矩的詳細(xì)計算，所應(yīng)用的滾珠及絲杠的型號大小的選擇，對機械的大臂和小臂進(jìn)行計算；第二，對驅(qū)動部件進(jìn)行選型，主要是服侍電機和相應(yīng)關(guān)電機的型號的選擇；第三，對傳動裝置的設(shè)計，主要是進(jìn)行計算對比，選擇合適的傳動比；第四步驟是，進(jìn)行電氣布線及相關(guān)電氣接口的設(shè)計；第五部，進(jìn)行各個關(guān)鍵部件的受力情況進(jìn)行詳細(xì)的研究分析。

2.5進(jìn)行設(shè)計產(chǎn)品的精度和出圖及樣品加工

機器人設(shè)計和加工都必須講究精度，必須對產(chǎn)品的精度展開全方位的評估。主要的工作是對各個零部件的尺寸大小進(jìn)行確定，每個部件的形態(tài)位置的公差進(jìn)行再一次確定以及每個零部件的表面光滑程度等。同時根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行機器人樣品的加工生產(chǎn)。

2.6對樣品生產(chǎn)中的問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計

機器人的樣品生產(chǎn)時，有可能產(chǎn)生這樣那樣的問題和不足，這在設(shè)計過程中是正?，F(xiàn)象。工程師技術(shù)人員應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)這些問題，收集整理，對設(shè)計時考慮不全面的部位進(jìn)行彌補，對發(fā)生的問題進(jìn)行及時的設(shè)計改進(jìn)。同時還要隨時進(jìn)行備用方案的應(yīng)用，是以最小的改變的條件下代替原方案。

3結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)代社會，工業(yè)機器人是未來工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展方向。工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計必須以最小慣量、最優(yōu)尺度和高比強度材料為設(shè)計和生產(chǎn)原則，遵循設(shè)計步驟進(jìn)設(shè)計生產(chǎn)，保證機器人的質(zhì)量和進(jìn)行應(yīng)用的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瑞軒.四足機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真優(yōu)化[D].北京:北方工業(yè)大學(xué),2017.

[2]范鵬飛.SCARA機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及運動學(xué)仿真[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2016.

[3]王峰.工業(yè)機器人應(yīng)用中的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊,2016(8):79

作者：鄭會翔 單位：巨輪中德機器人智能制造有限公司