工業機器人的設計方法

工業機器人與機床在基本功能和基本工作原理上有相似之處,但其特征及要求不同。因此從設計方法學上看,工業機器人的設計方法與機床設計方法基本相通,但其具體的設計內容、設計要求及設計技術又有很大差別。

工業機器人總體方案的設計方法也可以分為分析式設計方法和創成式設計方法。

工業機器人設計內容與步驟

1.總體設計

(1)基本技術參數設計根據任務的來源不同,按制造廠的產品規劃或用戶訂貨要求來確定。在總體方案設計階段首先要確定的主要參數有如下幾種

1)用途。如搬運、點焊,等等。

2)額定負載。額定負載是指在機器人規定的性能范圍內,機械接口處所能承受負載的允許值。它主要根據作用于機械接口處的力和力矩,包括機器人末端執行器的重量、抓取工件的重量及慣性力(矩)、外界的作用力(矩)(如切削機器人的切削力)來確定。

3)按作業要求確定工作空間,同時要考慮作業對象對機器人末端執行器的位置和姿態要求,以便為后續方案設計中的自由度設計提供依據。

4)額定速度。指工業機器人在額定負載、勻速運動過程中,機械接口中心的最大速度。應綜合考慮作業效率要求、作業線協調生產要求、慣性力(矩)、驅動與控制方式、定位方式和精度要求等各種因素來確定。其中慣性力(矩)這一因素,由于機器人的總體結構尚未設計故該階段只能概略估計。

5)驅動方式的選擇。目前所采用的方式有電動機、液壓和氣動三種類型。

6)性能指標。按作業要求確定。一般指末端執行器的位姿準確度及位姿重復性(點位控制)、軌跡準確度及軌跡重復性(軌跡控制)、最小定位時間及分辨率等。同時還可對機械結構的剛度、關節幾何運動精度等提出要求

(2)總體方案設計

1)運動功能方案設計該階段的主要設計任務是設計確定機器人的自由度數、各關節運動的性質及排列順序、在基準狀態時各關節軸的方向,設計出運動原理圖。

2)傳動系統方案設計根據動力及速度參數、驅動方式等選擇傳動方式和傳動元件,設計出傳動原理圖。

3)結構布局方案設計根據機器人的工作空間、運動功能方案及傳動方案,確定關節的形式,各構件的概略形狀、尺寸

4)參數設計確定在基本技術參數設計階段尚無法考慮的一些參數,如單軸速度、單軸負載、單軸運動范圍等。該項工作應與3)設計工作交叉進行。

5)控制系統方案設計近期設計的工業機器人基本上都采用計算機控制系統。

6)總體方案評價經過1)~5)的設計工作,機器人的總體方案基本生成,可以同時設計若干個方案,進行評價比較,選擇較好的方案。對所設計的方案可以從如下幾個方面進行綜合評價:工作空間、運動速度、加速度、成本分析、可靠性分析、精度分析等。為了對方案的工作空間進行評價,首先需用計算法或作圖法求出實際的工作空間,檢驗其是否滿足工作空間的設計要求,然后再對各方案進行比較。同樣的,先求出各軸的速度,然后進行額定速度校驗及方案比較。進行評價后選擇比較好的方案,并進一步進行修改設計(或總體優化設計),作為后續詳細設計的依據。

2.詳細設計：詳細設計內容包括裝配圖設計、零件圖設計和控制系統設計。

3.總體評價：總體設計階段所得的設計結果,是各構件及關節的概略形狀及尺寸,通過詳細設計將其細化,而且總體設計階段尚未考慮的細節也已具體化,因此各部分尺寸會有一些變化,需要對設計進行總體評價,檢測其是否能滿足所需設計指標的要求。

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