工业机器人应用中机械结构设计方法分析

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摘要：工业机器人是智能化的制造设备，对工业生产效率的提高具有很大影响。对机器人的机械机构设计进行改进和改良，能够提高机器人的使用能力，是当代工业机器人的发展方向。

关键词：工业机器人；机械结构；设计方法

1工业机器人设计原则

1.1遵循和注意最小惯量的原则

机器人的各个零部件在进行活动的过程中，因惯性冲击对本身影响很大，设计过程中要注意最小惯量原则，以此使机器人的运动更加平稳，减少运动末端的误差[1]。具体设计方法是减轻运动部件的自身重量，使运动连杆的重心最大程度的接近转轴。

1.2设计尺度最优为原则

可以实现设计功能的条件下，对机器人的零部件选择做到最优的结构和最优的大小，以保证所使用的零部件自身的重量更轻，应用的尺度更小，实现机器人的更加精密性。

1.3选用比强度高的材料原则

进行机器人设计制造材料的选择时，选择高比强度的材料，并且以最小惯量和最优尺度为原则。机器人需要进行克服峰值力矩，要进行材料的选择要求比强度对机器人的制造而言很重要。因此，在经费允许的情况下，必须进行选择比强度更高的材料。

1.4进行高刚度的设计原则

材料的刚度决定了机器的精度，材料的刚度太低容易出现堆挤，设计过程中最好选择刚度更高的应用材料，以此来降低材料的弹性。同时进行截面形状的建设对材料的沟渎产生影响，进行合理的力矩分配对材料的变形情况能够减轻。

1.5设计过程中的可靠性原则

进行设计过程中，必须进行机器人的可靠性的测试和预估，具体的测试方法有机器人的使用寿命的计算、列笔法、查表法和概率计算等方法。机器的应用软件的可靠性也必须进行测试，在机器人经过调试出厂以前，还要进行定时烤机试验，发现和收集有可能产生的故障和失误。

1.6设计的工艺性原则

在进行机器人零部件设计时，应该想到工艺要求，工艺要求太高的机器人零部件将使机器人的设计和制造程本增加很多，相对制造容易、好维修、装配轻松的零部件对机器人的设计生产和加工制造更为适合。

2工业机器人机械设计的程序步骤

工业机器人的机械结构设计是个严谨的工作，设计也要根据相应的步骤进行。

2.1必须明确设计的任务和目的

这是进行工业机器人设计第一步。机器人不是万能的，各个机器人进行设计时都会有需要设计的目的，不一样的工作区域的机器人的设计方案是不一样的[2]，不一样的使用功能的机器人的技术参数和技术要点和标准是不相同的。

2.2进行方案设计

在明确了机器人设计目的和任务后，开始进行方案设计，最少也要准备十几种设计方案进行备用。方案设计关键是进行机器人的动力源的确定，机器的型态进行明确，同时确定自由度数，进行运动范围及传动方式的确定，最终，依据方案设计计算出合理的成本预算。

2.3进行臂长优化和运动分析

设计过程中，在确定了机器人的臂长后，进行臂长的最大优化，使机械手臂可以应用在最小的工作空间范围并能够完成最灵活的操作工作。

2.4对机器人的机械机构设计

机械结构设计主要进行五个步骤，第一，对主体结构的进行设计，包括夹具的设计，机器人的负载惯量的估算，进行各驱动力矩的详细计算，所应用的滚珠及丝杠的型号大小的选择，对机械的大臂和小臂进行计算；第二，对驱动部件进行选型，主要是服侍电机和相应关电机的型号的选择；第三，对传动装置的设计，主要是进行计算对比，选择合适的传动比；第四步骤是，进行电气布线及相关电气接口的设计；第五部，进行各个关键部件的受力情况进行详细的研究分析。

2.5进行设计产品的精度和出图及样品加工

机器人设计和加工都必须讲究精度，必须对产品的精度展开全方位的评估。主要的工作是对各个零部件的尺寸大小进行确定，每个部件的形态位置的公差进行再一次确定以及每个零部件的表面光滑程度等。同时根据设计要求进行机器人样品的加工生产。

2.6对样品生产中的问题进行改进设计

机器人的样品生产时，有可能产生这样那样的问题和不足，这在设计过程中是正常现象。工程师技术人员应该及时发现这些问题，收集整理，对设计时考虑不全面的部位进行弥补，对发生的问题进行及时的设计改进。同时还要随时进行备用方案的应用，是以最小的改变的条件下代替原方案。

3结束语

综上所述，经济发展的现代社会，工业机器人是未来工业应用的发展方向。工业机器人的机械结构设计必须以最小惯量、最优尺度和高比强度材料为设计和生产原则，遵循设计步骤进设计生产，保证机器人的质量和进行应用的效果。

参考文献：

[1]刘瑞轩.四足机器人结构设计与仿真优化[D].北京:北方工业大学,2017.

[2]范鹏飞.SCARA机器人结构优化设计及运动学仿真[D].合肥:合肥工业大学,2016.

[3]王峰.工业机器人应用中的机械结构设计方法研究[J].科技经济导刊,2016(8):79

作者：郑会翔 单位：巨轮中德机器人智能制造有限公司