工業機器人的設計過程

楊經保

對于工業機器人的設計與大多數機械設計過程相同；首先要知道為什么要設計機器人？機器人能實現哪些功能？活動空間（有效工作范圍）有多大？了解基本的要求后，接下來的工作就好作了。
首先是根據基本要求確定機器人的種類，是行走的提升（舉升）機械臂、還是三軸的坐標機器人、還是六軸的機器人等。選定了機器人的種類也就確定了控制方式，也就有了在有限的空間內進行設計的指導方向。
接下來的要做的就是設計任務的確定。這是一個相對復雜的過程，在實現這一復雜過程的第一步是將設計要求明確的規定下來；第二步是按照設計要求制作機械傳動簡圖，分析簡圖，制定動作流程表（圖），初步確定傳動功率、控制流程和方式；第三步是明確設計內容，設計步驟、攻克點、設計計算書、草圖繪制，材料、加工工藝、控制程序、電路圖繪制；第四步是綜合審核各方面的內容，確認生產。
+ j: w& X( r7 f8 M' t! ~' I1 L下面我將以六軸工業機器人作為設計對象來闡明這一設計過程。

huzhenpengskd

恩，講的不錯

如履薄冰

期待樓主詳細闡述工業機器人的設計過程，最好輔以實例。

楊經保

在介紹機器人設計之前我先說一下機器人的應用領域。機器人的應用領域可以說是非常廣泛的，在自動化生產線上的就有很多例子，如垛碼機器人、包裝機器人、轉線機器人；在焊接方面也有很例子，如汽車生產線上的焊接機器人等等；現在機器人的發展是非常的迅速，機器人的應用也在民用企業的各個行業得以延伸。機器人的設計人才需求也越來越大。
六軸機器人的應用范籌不同，設計形式也各不相同�，F在世界上生產機器人的公司也很多，結構各有特色。在中國應用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等國外進口的機器人。
即然機器人的應用那么廣泛，在我國卻沒有知名的生產公司。對于作為中國機械工程技術人員來說是一個值得思考的問題！有關機器人技術方面探討太少了？從業人員還不能成群體？雖然在很多地方可以看到機器的論術，可是卻沒有真正形成普及的東西。
即然是要說設計，那我就從頭一點一點的說起。力求講的通俗簡明一些，講得不對的地方還請各位指正！
9 n5 O: G& f1 e, e) Z6 x. p% G六軸機器人是多關節、多自由度的機器人，動作多，變化靈活；是一種柔性技術較高的工業機器人，應用面也最廣泛。那么怎樣去從頭開始的設計它呢？工作范圍又怎樣去確定？動作怎樣去編排呢？位姿怎樣去控制呢？各部位的關節又是有怎么樣的要求呢？等等。。。。。。讓我們帶著眾多的疑問慢慢的往下走吧！
首先我們設定：機器人是六軸多自由度的機器人，手爪夾持二氧氣體保護焊標準焊槍；完成點焊、連續焊等不同要求的焊接部件，工藝要求、工藝路線變化快的自動生線上。最大伸長量：1700mm；轉動270度；底座與地平線水平固定；全電機驅動。
好了，有了這樣的基本要求我們就可以做初步的方案的思考了。
/ k( q- }" o8 c: E首先是全電機驅動的，那么我們在考慮方案的時候就不要去考慮液壓和氣壓的各種結構了，也就是傳動機構只能用齒輪齒條、連桿機構等機械機構了。
# w) C/ ~1 w& K* u, D6 }0 K+ r機器人是用于焊接方面的，那么我們就去考察有人工行為下的各種焊接手法和方法。這里就有一個很復雜的東西在里面，那就是焊接工藝；即然焊藝定不下來，我們就給它區分一下，在常用焊接里有單點點焊、連續斷點點焊、連續平縫焊接、填角焊接、立縫焊接、仰焊、環縫焊等等。。。。。。
) q' ?9 q. I; ]9 ]- X搞清了各種焊方法，也就明白了要實現這些復雜的動作就要有一套可行的控制方式才行；在機械沒有完全設計出來之前可以不做太多的控制方案思考，有一個大概的輪廓概念就行了，待機械結構做完，各方面的驅動功率確定下來之后再做詳細的程序。
( M( r5 K6 a9 x( ]焊槍是用常用的標準的焊槍，也就是說焊槍是隨時可以更換下來的，也就要求我們要做到對焊槍的夾持部分進行快速鎖定與松開。
焊槍在焊接過程中要進行各種焊接姿態調整，那么機械手腕就要很靈活，在各個方位角度上都可調節。

楊經保

幾天沒來,沉的這么快,沒有人對這一塊感興趣???

大蘿卜

你講的太慢了，拉的太長了吧

pa.lin

最好有圖片.或者CAD圖!這樣人才有興趣

楊經保

有了上面的基本要求和設定條件，方案推理也有了條理，接下來我們就把設計要求明確下來，設計方向就不會有太大的偏離了。
設計任務
8 [# X0 O$ k# N設計要求           機器人適用于焊接領域，可以完成各種焊接動作；為了機器人能適應各種焊接工藝，在線調整工藝快速，編制控制程序時采用柔性控制程序，自適應在線、離線示教程序；焊縫、焊池、焊道成像跟蹤，自動調節焊機的各項參數。
機器人采用全伺服驅動，地面固定安裝。六軸控制，各關節運動靈活，按工藝描述表設計各軸動作范圍，盡量使機構緊湊，整體外形美觀。
工藝描述        六軸動作順序        動作范圍        速度范圍        定位精度        驅動功率        電器元件
        1軸（回旋）        360度                        0.75Kw       
! Y. u1 b: M' E- J9 c' ^2 F7 ~        2軸（大臂俯仰）        160度                        1.5KwX2臺       
/ J8 z& c5 k( k! _6 r        3軸（前臂俯仰）        210度                        0.5Kw       
6 q2 b( K+ B" Q+ F# N        4軸（小臂旋轉）        270度                        0.35Kw       
        5軸（手腕俯仰）        150度                        300Kw       
        6軸（手腕旋轉）        360度                        200w       
1 b2 y! b, s" d9 H  W, a' G設計內容        機械設計：根據設計要求及工藝描述設計各關節的機械機構，確定各部件的材料和加工工藝；制作計算書，驗算機械強度、驅動功率和給出最大抓（舉）重量，各運動路徑的慣量計算，位姿的控制計算。驗算機器人各關鍵部件使用壽命。結合控制程序及電路制作機器人維修保養說明書。
        程序控制設計：根據設計要求與機械工程師最后制定的工藝路線設計控制流程；結合機械結構與驅動、信號反饋方式，設計機器人運動程序；程序要具有自適應功能，自動定點跟蹤，對焊機電流、電壓實時監測，并自動調節；焊道、焊池用成像監測判別技術。設計電路圖

有了這樣一個文件，我們就好設計了；那么我們首先就要做的是：繪制機器人動運簡圖，規劃機器人運動軌跡，做好這些我們就可以進行機械機構的設計，同時可以考慮程序的線路圖了。
先做一個簡圖，來研究一下運動規跡。

liang2039

很喜歡，我也正在搞這方面的東西，多謝！

西_瓜

說的很好啊。