機(jī)器人的詳細(xì)設(shè)計：控制方案,設(shè)計及驅(qū)動方式,傳動系統(tǒng)設(shè)計,機(jī)械設(shè)計

機(jī)器人是一個完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，是一個包括機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、感受系統(tǒng)等的整體 系統(tǒng)。對于機(jī)器人這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)，在設(shè)計時先要考慮的是機(jī)器人的整體性、整體功 能和整體參數(shù)，再對局部細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計。

在設(shè)計之初，應(yīng)當(dāng)先明確機(jī)器人的設(shè)計目的，即機(jī)器人的應(yīng)用對象、應(yīng)用領(lǐng)域和主要 應(yīng)用目的。然后，根據(jù)設(shè)計目的確定機(jī)器人的功能要求。在確定功能要求基礎(chǔ)上，設(shè)計者可 以明確機(jī)器人的設(shè)計參數(shù)，如機(jī)器人的自由度數(shù)、信息的存儲容量、計算機(jī)功能、動作速 度、定位精度、抓取重量、容許的空間結(jié)構(gòu)尺寸以及溫度、振動等環(huán)境條件的適用性等。將 設(shè)計參數(shù)以集合的方式表示，則可以形成總體的設(shè)計方案。Z后進(jìn)行方案的比較，在初步提 出的若干方案中，通過對工藝生產(chǎn)、技術(shù)和價值分析選擇出Z佳方案。

機(jī)器人的詳細(xì)設(shè)計

①在總體方案確定之后，先根據(jù)總體的功能要求選擇合適的控制方案。從控制器所 能配置的資源來說，有兩種控制方式：集中式和分布式。集中式是將所有的資源都集中在一 個控制器上，而分布式則是讓不同的控制器負(fù)責(zé)實現(xiàn)機(jī)器人不同的功能。

②在控制方案確定之后，根據(jù)選定的控制方案選擇驅(qū)動方式。機(jī)器人的驅(qū)動方式主要 有液壓、氣壓、電氣，以及新型驅(qū)動方式。設(shè)計者可以根據(jù)機(jī)器人的負(fù)載要求來進(jìn)行選擇， 其中液壓的負(fù)載Z大，氣動次之，電動Z小。

③在控制系統(tǒng)的設(shè)計及驅(qū)動方式確定之后，就可以進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計。機(jī)器人 的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計一般包括對末端執(zhí)行器、臂部、腕部、機(jī)座和移動機(jī)構(gòu)等的設(shè)計。

④機(jī)器人運(yùn)動形式或移動機(jī)構(gòu)的選擇。根據(jù)主要的運(yùn)動參數(shù)選擇運(yùn)動形式是結(jié)構(gòu)設(shè)計 的基礎(chǔ)。常見工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動形式有五種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型 和SCARA 型。常見移動機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)有輪式、履帶式和足式移動機(jī)構(gòu)。

為適應(yīng)不同的生產(chǎn)工藝或環(huán)境需要，可采用不同的結(jié)構(gòu)。具體選用哪種形式，需要根據(jù) 工藝要求、工作現(xiàn)場、位置以及搬運(yùn)前后工件中心線方向的變化等情況，分析比較，擇優(yōu)選 取。為了滿足特定工藝要求，專用的機(jī)械手一般只要求有2個或3個自由度，而通用機(jī)器人 需要具有4～6個自由度，才能滿足不同產(chǎn)品的不同工藝要求。所選擇的運(yùn)動形式，在滿足 需要的情況下，應(yīng)以使自由度Z少、結(jié)構(gòu)Z簡單為準(zhǔn)。

⑤傳動系統(tǒng)設(shè)計的好壞，將直接影響機(jī)器人的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性等性能參數(shù)。 機(jī)器人的傳動系統(tǒng)除了常見的齒輪傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動和行星齒輪傳動外，還廣泛 地采用滾珠絲杠、諧波減速裝置和繩輪鋼帶等傳動系統(tǒng)。

⑥在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的過程中，Z好能夠使用Pro/E 、UG 、SolidWork 等 CAD/CAE 軟 件建立三維實體模型，并在機(jī)器人上進(jìn)行虛擬裝配，然后進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真，檢查是否存在干 涉和外觀的不滿意。也可以使用Adams 等軟件進(jìn)行動力學(xué)仿真，從更深層次來發(fā)現(xiàn)設(shè)計中 可能存在的問題。