工业机器人设计原理

一、整个机械手的设计原理

(1)最小运动惯量原理由于机械手有许多运动部件，其运动状态经常变化，因此不可避免地会产生冲击和振动。采用最小运动惯量原理可以提高机械手的运动稳定性，改善其动态特性。因此，在设计中应注意在满足强度和刚度的前提下尽可能减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心分配。

(2)尺度规划优化原则当设计要求满足一定的工作空间要求时，通过尺度优化选择最小的机械臂尺寸，有利于提高机械臂的刚度，进一步降低运动惯量。

(3)高强度材料的选择原则由于机械手从手腕、手臂、手臂到机架依次充当负载，因此有必要选择高强度材料以降低零件质量。

(4)刚度设计原则在机械手的设计中，刚度比强度更重要。要使刚度最大化，必须合理选择杆件截面的形状和尺寸，提高支撑刚度和接触刚度，合理安排作用在臂上的力和力矩，使杆件的弯曲变形最小化。

(5)可靠性原则机器人操作器的可靠性尤为重要，因为其机构复杂，环节多。一般来说，部件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。用概率设计方法可以设计出具有满意可靠性的零件或结构，用系统可靠性综合方法可以评价机械手系统的可靠性。

(6)可制造性原则机器人机械手是一个高精度、高集成度的自动化机械系统，良好的加工和装配可制造性是设计要体现的重要原则之一。只有合理的结构设计，而没有良好的工艺性，将不可避免地导致机械手的性能下降和成本增加。

二.机械手的设计方法和步骤

1)确定工作对象和任务在设计操作机之前，首先确定工作对象和任务。

1)焊接任务：如果工作对象是汽车或具有复杂曲面的物体，并且工作任务是对其进行弧焊或点焊焊接，则要求机器人具有较高的制造精度，弧焊任务要求机器人具有较高的轨迹精度、姿态精度和速度稳定性，而点焊任务要求机器人具有较高的姿态精度。这两项任务都要求机器人具有摆弧功能，在狭小的空间内自由移动，并具有防碰撞功能，因此机器人至少有六个自由度。

2)喷漆任务：如果工作对象是汽车或复杂曲面的物体，而工作任务是对汽车内部和车门或复杂曲面的物体表面进行喷漆，则要求机器人手腕灵活，能够在狭小的空间内自由移动，并具有防撞功能；要求机器人能够长时间连续、稳定、可靠地工作。同时，要求机器人有一个光滑的流线型外表面，油漆和气管线最好通过它的横担和手腕，这样机器人的外表面就不容易积聚油漆和灰尘，也不会污染喷涂的工件，油漆和气管线也不容易损坏；因为喷漆机器人工作在易燃易爆的工作环境中，所以它应该具有防爆功能。同时，机器人对轨迹精度、姿态精度和速度稳定性有更高的要求。机器人应该至少有六个自由度。3)搬运任务：如果工作对象重，工作任务是定点搬运，定位精度高，机器人的承载能力和定位精度高。如果工作对象很轻并且工作任务是定点处理，但是需要小心处理和高定位精度，则需要机器人的高速度稳定性和定位精度。

4)装配任务：要求机器人的高速稳定性和姿态精度。

有些机器人可以完成多种任务，如MOTOMAN-SKI20系列机器人，既可用于交通，也可用于点焊，具有快速、精致、强大、高安全性的特点；另一种MOTOMAN-SK6/SK16/SK16系列机器人可完成弧焊、搬运、涂胶、喷釉和装配等多项任务，具有速度快、精巧、可靠性高的特点。

设计新机器人时，应充分考虑上述因素，参考国内外同类产品的先进型号，并参考其设计参数。经过反复研究和比较，我们可以确定所需机械零件的特性，并确定设计方案。