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工業(yè)機器人應用中機械結構設計方法分析論文
摘要：工業(yè)機器人是智能化的制造設備，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設計進(jìn)行改進(jìn)和改良，能夠提高機器人的使用能力，是當代工業(yè)機器人的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；機械結構；設計方法
1工業(yè)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(gè)零部件在進(jìn)行活動(dòng)的過(guò)程中，因慣性沖擊對本身影響很大，設計過(guò)程中要注意最小慣量原則，以此使機器人的運動(dòng)更加平穩，減少運動(dòng)末端的誤差[1]。具體設計方法是減輕運動(dòng)部件的自身重量，使運動(dòng)連桿的重心最大程度的接近轉軸。
1.2設計尺度最優(yōu)為原則
可以實(shí)現設計功能的條件下，對機器人的零部件選擇做到最優(yōu)的結構和最優(yōu)的大小，以保證所使用的零部件自身的重量更輕，應用的尺度更小，實(shí)現機器人的更加精密性。
1.3選用比強度高的材料原則
進(jìn)行機器人設計制造材料的選擇時(shí)，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(guò)程中最好選擇剛度更高的應用材料，以此來(lái)降低材料的彈性。同時(shí)進(jìn)行截面形狀的建設對材料的溝瀆產(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設計過(guò)程中的可靠性原則
進(jìn)行設計過(guò)程中，必須進(jìn)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(jìn)行測試，在機器人經(jīng)過(guò)調試出廠(chǎng)以前，還要進(jìn)行定時(shí)烤機試驗，發(fā)現和收集有可能產(chǎn)生的故障和失誤。
1.6設計的工藝性原則
在進(jìn)行機器人零部件設計時(shí)，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(chǎn)和加工制造更為適合。
2工業(yè)機器人機械設計的程序步驟
工業(yè)機器人的機械結構設計是個(gè)嚴謹的工作，設計也要根據相應的步驟進(jìn)行。
2.1必須明確設計的任務(wù)和目的
這是進(jìn)行工業(yè)機器人設計第一步。機器人不是萬(wàn)能的，各個(gè)機器人進(jìn)行設計時(shí)都會(huì )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(shù)參數和技術(shù)要點(diǎn)和標準是不相同的。
2.2進(jìn)行方案設計
在明確了機器人設計目的和任務(wù)后，開(kāi)始進(jìn)行方案設計，最少也要準備十幾種設計方案進(jìn)行備用。方案設計關(guān)鍵是進(jìn)行機器人的動(dòng)力源的確定，機器的型態(tài)進(jìn)行明確，同時(shí)確定自由度數，進(jìn)行運動(dòng)范圍及傳動(dòng)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(jìn)行臂長(cháng)優(yōu)化和運動(dòng)分析
設計過(guò)程中，在確定了機器人的臂長(cháng)后，進(jìn)行臂長(cháng)的最大優(yōu)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(jìn)行五個(gè)步驟，第一，對主體結構的進(jìn)行設計，包括夾具的設計，機器人的負載慣量的估算，進(jìn)行各驅動(dòng)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(jìn)行計算；第二，對驅動(dòng)部件進(jìn)行選型，主要是服侍電機和相應關(guān)電機的型號的選擇；第三，對傳動(dòng)裝置的設計，主要是進(jìn)行計算對比，選擇合適的傳動(dòng)比；第四步驟是，進(jìn)行電氣布線(xiàn)及相關(guān)電氣接口的設計；第五部，進(jìn)行各個(gè)關(guān)鍵部件的受力情況進(jìn)行詳細的研究分析。
2.5進(jìn)行設計產(chǎn)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(chǎn)品的精度展開(kāi)全方位的評估。主要的工作是對各個(gè)零部件的尺寸大小進(jìn)行確定，每個(gè)部件的形態(tài)位置的公差進(jìn)行再一次確定以及每個(gè)零部件的表面光滑程度等。同時(shí)根據設計要求進(jìn)行機器人樣品的加工生產(chǎn)。
2.6對樣品生產(chǎn)中的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)設計
機器人的樣品生產(chǎn)時(shí)，有可能產(chǎn)生這樣那樣的問(wèn)題和不足，這在設計過(guò)程中是正�，F象。工程師技術(shù)人員應該及時(shí)發(fā)現這些問(wèn)題，收集整理，對設計時(shí)考慮不全面的部位進(jìn)行彌補，對發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的設計改進(jìn)。同時(shí)還要隨時(shí)進(jìn)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(yǔ)
綜上所述，經(jīng)濟發(fā)展的現代社會(huì )，工業(yè)機器人是未來(lái)工業(yè)應用的發(fā)展方向。工業(yè)機器人的機械結構設計必須以最小慣量、最優(yōu)尺度和高比強度材料為設計和生產(chǎn)原則，遵循設計步驟進(jìn)設計生產(chǎn)，保證機器人的質(zhì)量和進(jìn)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(yōu)化[D].北京:北方工業(yè)大學(xué),2017.
[2]范鵬飛.SCARA機器人結構優(yōu)化設計及運動(dòng)學(xué)仿真[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2016.
[3]王峰.工業(yè)機器人應用中的機械結構設計方法研究[J].科技經(jīng)濟導刊,2016(8):79
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