工業機器人應用中機械結構設計方法分析

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摘要：工業機器人是智能化的制造設備，對工業生產效率的提高具有很大影響。對機器人的機械機構設計進行改進和改良，能夠提高機器人的使用能力，是當代工業機器人的發展方向。

關鍵詞：工業機器人；機械結構；設計方法

1工業機器人設計原則

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行活動的過程中，因慣性沖擊對本身影響很大，設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，減少運動末端的誤差[1]。具體設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軸。

1.2設計尺度最優為原則

可以實現設計功能的條件下，對機器人的零部件選擇做到最優的結構和最優的大小，以保證所使用的零部件自身的重量更輕，應用的尺度更小，實現機器人的更加精密性。

1.3選用比強度高的材料原則

進行機器人設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尺度為原則。機器人需要進行克服峰值力矩，要進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，在經費允許的情況下，必須進行選擇比強度更高的材料。

1.4進行高剛度的設計原則

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

1.5設計過程中的可靠性原則

進行設計過程中，必須進行機器人的可靠性的測試和預估，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。機器的應用軟件的可靠性也必須進行測試，在機器人經過調試出廠以前，還要進行定時烤機試驗，發現和收集有可能產生的故障和失誤。

1.6設計的工藝性原則

在進行機器人零部件設計時，應該想到工藝要求，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計生產和加工制造更為適合。

2工業機器人機械設計的程序步驟

工業機器人的機械結構設計是個嚴謹的工作，設計也要根據相應的步驟進行。

2.1必須明確設計的任務和目的

這是進行工業機器人設計第一步。機器人不是萬能的，各個機器人進行設計時都會有需要設計的目的，不一樣的工作區域的機器人的設計方案是不一樣的[2]，不一樣的使用功能的機器人的技術參數和技術要點和標準是不相同的。

2.2進行方案設計

在明確了機器人設計目的和任務后，開始進行方案設計，最少也要準備十幾種設計方案進行備用。方案設計關鍵是進行機器人的動力源的確定，機器的型態進行明確，同時確定自由度數，進行運動范圍及傳動方式的確定，最終，依據方案設計計算出合理的成本預算。

2.3進行臂長優化和運動分析

設計過程中，在確定了機器人的臂長后，進行臂長的最大優化，使機械手臂可以應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設計

機械結構設計主要進行五個步驟，第一，對主體結構的進行設計，包括夾具的設計，機器人的負載慣量的估算，進行各驅動力矩的詳細計算，所應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行計算；第二，對驅動部件進行選型，主要是服侍電機和相應關電機的型號的選擇；第三，對傳動裝置的設計，主要是進行計算對比，選擇合適的傳動比；第四步驟是，進行電氣布線及相關電氣接口的設計；第五部，進行各個關鍵部件的受力情況進行詳細的研究分析。

2.5進行設計產品的精度和出圖及樣品加工

機器人設計和加工都必須講究精度，必須對產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行確定，每個部件的形態位置的公差進行再一次確定以及每個零部件的表面光滑程度等。同時根據設計要求進行機器人樣品的加工生產。

2.6對樣品生產中的問題進行改進設計

機器人的樣品生產時，有可能產生這樣那樣的問題和不足，這在設計過程中是正常現象。工程師技術人員應該及時發現這些問題，收集整理，對設計時考慮不全面的部位進行彌補，對發生的問題進行及時的設計改進。同時還要隨時進行備用方案的應用，是以最小的改變的條件下代替原方案。

3結束語

綜上所述，經濟發展的現代社會，工業機器人是未來工業應用的發展方向。工業機器人的機械結構設計必須以最小慣量、最優尺度和高比強度材料為設計和生產原則，遵循設計步驟進設計生產，保證機器人的質量和進行應用的效果。

參考文獻：

[1]劉瑞軒.四足機器人結構設計與仿真優化[D].北京:北方工業大學,2017.

[2]范鵬飛.SCARA機器人結構優化設計及運動學仿真[D].合肥:合肥工業大學,2016.

[3]王峰.工業機器人應用中的機械結構設計方法研究[J].科技經濟導刊,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