機器人的詳細設計：控制方案,設計及驅動方式,傳動系統(tǒng)設計,機械設計

機器人是一個完整的機電一體化系統(tǒng)，是一個包括機構、控制系統(tǒng)、感受系統(tǒng)等的整體 系統(tǒng)。對于機器人這樣一個復雜的系統(tǒng)，在設計時先要考慮的是機器人的整體性、整體功 能和整體參數，再對局部細節(jié)進行設計。

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

機器人的詳細設計

①在總體方案確定之后，先根據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責實現機器人不同的功能。

②在控制方案確定之后，根據選定的控制方案選擇驅動方式。機器人的驅動方式主要 有液壓、氣壓、電氣，以及新型驅動方式。設計者可以根據機器人的負載要求來進行選擇， 其中液壓的負載Z大，氣動次之，電動Z小。

③在控制系統(tǒng)的設計及驅動方式確定之后，就可以進行機械結構系統(tǒng)的設計。機器人 的機械結構系統(tǒng)設計一般包括對末端執(zhí)行器、臂部、腕部、機座和移動機構等的設計。

④機器人運動形式或移動機構的選擇。根據主要的運動參數選擇運動形式是結構設計 的基礎。常見工業(yè)機器人的運動形式有五種：直角坐標型、圓柱坐標型、極坐標型、關節(jié)型 和SCARA 型。常見移動機器人的移動機構有輪式、履帶式和足式移動機構。

為適應不同的生產工藝或環(huán)境需要，可采用不同的結構。具體選用哪種形式，需要根據 工藝要求、工作現場、位置以及搬運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，專用的機械手一般只要求有2個或3個自由度，而通用機器人 需要具有4～6個自由度，才能滿足不同產品的不同工藝要求。所選擇的運動形式，在滿足 需要的情況下，應以使自由度Z少、結構Z簡單為準。

⑤傳動系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響機器人的穩(wěn)定性、快速性和準確性等性能參數。 機器人的傳動系統(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在進行機械設計的過程中，Z好能夠使用Pro/E 、UG 、SolidWork 等 CAD/CAE 軟 件建立三維實體模型，并在機器人上進行虛擬裝配，然后進行運動學仿真，檢查是否存在干 涉和外觀的不滿意。也可以使用Adams 等軟件進行動力學仿真，從更深層次來發(fā)現設計中 可能存在的問題。