一篇文章帶您讀懂工業(yè)機器人的設計過程

　　對于工業(yè)機器人的設計與大多數(shù)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(xiàn)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(jù)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(nèi)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(xiàn)這一復雜過程的第一步是將設計要求明確的規(guī)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(nèi)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(nèi)容，確認生產(chǎn)。

　　下面我將以六軸工業(yè)機器人作為設計對象來闡明這一設計過程：

　　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(chǎn)線上的就有很多例子，如垛碼機器人、包裝機器人、轉(zhuǎn)線機器人;在焊接方面也有很例子，如汽車生產(chǎn)線上的焊接機器人等等;現(xiàn)在機器人的發(fā)展是非常的迅速，機器人的應用也在民用企業(yè)的各個行業(yè)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(xiàn)在世界上生產(chǎn)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。

　　既然機器人的應用那么廣泛，在我國卻沒有知名的生產(chǎn)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(yè)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！

　　六軸機器人是多關節(jié)、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(yè)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(jié)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(xù)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(zhuǎn)動270度;底座與地平線水平固定;全電機驅(qū)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。

　　首先是全電機驅(qū)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。

　　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(qū)分一下，在常用焊接里有單點點焊、連續(xù)斷點點焊、連續(xù)平縫焊接、填角焊接、立縫焊接、仰焊、環(huán)縫焊等等。。。。。。

　　搞清了各種焊方法，也就明白了要實現(xiàn)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(qū)動功率確定下來之后再做詳細的程序。

　　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(tài)調(diào)整，那么機械手腕就要很靈活，在各個方位角度上都可調(diào)節(jié)。

　　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

　　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(diào)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(diào)節(jié)焊機的各項參數(shù)。

　　機器人采用全伺服驅(qū)動，地面固定安裝。六軸控制，各關節(jié)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。

　　設計內(nèi)容

　　機械設計：根據(jù)設計要求及工藝描述設計各關節(jié)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(qū)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(yǎng)說明書。

　　程序控制設計：根據(jù)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(qū)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(jiān)測，并自動調(diào)節(jié);焊道、焊池用成像監(jiān)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(guī)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。