工业机器人的设计过程

杨经保

对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同；首先要知道为什么要设计机器人？机器人能实现哪些功能？活动空间（有效工作范围）有多大？了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。
首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。
接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来；第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式；第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制；第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。
: D" F1 @: \) y' C6 v下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程。

huzhenpengskd

恩，讲的不错

如履薄冰

期待楼主详细阐述工业机器人的设计过程，最好辅以实例。

杨经保

在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人；在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等；现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。
六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。
即然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了？从业人员还不能成群体？虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。
即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！
六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活；是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢？工作范围又怎样去确定？动作怎样去编排呢？位姿怎样去控制呢？各部位的关节又是有怎么样的要求呢？等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！
! m8 O6 ^5 h& D/ J+ d/ n首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪；完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm；转动270度；底座与地平线水平固定；全电机驱动。
( X- v+ S- J. M: p( [1 g好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。
2 N% o$ {, A! I7 t  L8 H3 M; w首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。
机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺；即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。
2 K  {( d1 Q5 Q& r) d. \/ _7 ]搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行；在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。
2 ^8 ?+ a4 _, W6 T8 P焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
焊枪在焊接过程中要进行各种焊接姿态调整，那么机械手腕就要很灵活，在各个方位角度上都可调节。

杨经保

几天没来,沉的这么快,没有人对这一块感兴趣???

大萝卜

你讲的太慢了，拉的太长了吧

pa.lin

最好有图片.或者CAD图!这样人才有兴趣

杨经保

有了上面的基本要求和设定条件，方案推理也有了条理，接下来我们就把设计要求明确下来，设计方向就不会有太大的偏离了。
设计任务
设计要求           机器人适用于焊接领域，可以完成各种焊接动作；为了机器人能适应各种焊接工艺，在线调整工艺快速，编制控制程序时采用柔性控制程序，自适应在线、离线示教程序；焊缝、焊池、焊道成像跟踪，自动调节焊机的各项参数。
3 c% l$ b. ~) N1 O机器人采用全伺服驱动，地面固定安装。六轴控制，各关节运动灵活，按工艺描述表设计各轴动作范围，尽量使机构紧凑，整体外形美观。
工艺描述        六轴动作顺序        动作范围        速度范围        定位精度        驱动功率        电器元件
* i& i, a& b! ~9 V; ~        1轴（回旋）        360度                        0.75Kw       
) S1 m# W6 Y7 M1 N3 a6 b# L# p/ B2 N        2轴（大臂俯仰）        160度                        1.5KwX2台       
, o, b( {( k+ D) H6 N. a        3轴（前臂俯仰）        210度                        0.5Kw       
        4轴（小臂旋转）        270度                        0.35Kw       
        5轴（手腕俯仰）        150度                        300Kw       
8 d# m' O6 a* C6 d% R3 F# N        6轴（手腕旋转）        360度                        200w       
9 x% v  g' {  v5 t, ~设计内容        机械设计：根据设计要求及工艺描述设计各关节的机械机构，确定各部件的材料和加工工艺；制作计算书，验算机械强度、驱动功率和给出最大抓（举）重量，各运动路径的惯量计算，位姿的控制计算。验算机器人各关键部件使用寿命。结合控制程序及电路制作机器人维修保养说明书。
0 J/ x, u3 H3 A( S        程序控制设计：根据设计要求与机械工程师最后制定的工艺路线设计控制流程；结合机械结构与驱动、信号反馈方式，设计机器人运动程序；程序要具有自适应功能，自动定点跟踪，对焊机电流、电压实时监测，并自动调节；焊道、焊池用成像监测判别技术。设计电路图

有了这样一个文件，我们就好设计了；那么我们首先就要做的是：绘制机器人动运简图，规划机器人运动轨迹，做好这些我们就可以进行机械机构的设计，同时可以考虑程序的线路图了。
先做一个简图，来研究一下运动规迹。

liang2039

很喜欢，我也正在搞这方面的东西，多谢！

西_瓜

说的很好啊。