基于小型多关节工业机器人设计讨论

摘要：基于多关节协同下的小型机器人经由直接驱动，电机衔接着摆线装置、谐波减速特有的装置。在最大范畴内缩减了差值，调动多重关节。机器关节配有关联的支撑，包含回转导轨。增设了高精度，滚柱轴承增添了固有的精度特性，包含十字交叉。在这种搭配下，维持了应有的关节灵活，重复精度定位。搭配各类附件，吻合了自动架构下的物流装配，适宜自动生产。因此本文基于小型多关节工业机器人设计展开了讨论。

关键词：小型；多关节；工业机器人；设计

1、小型多关节工业机器人特点

1.1控制系统高柔性

将工业机器人控制系统按“工业机器人群”考虑，其控制既能适应群体系统控制，也能保证各独立工业机器人之间的协调配合，同时每个独立工业机器人的控制方式和结构，能方便地实现与其他工业机器人或自动生产线的连接及通信。独立工业机器人的控制从系统的角度出发，使之具有与其他工业机器人与设备的互联和协调的工作能力，以工程数据库和现场总线网络为支撑技术，规划好数据结构、通信协议及各种规范的软硬件接口，所有控制软件采用模块化设计技术，增强控制系统的柔性和适应性。

1.2高精度

工业机器人性能主要指标有工业机器人各关节的传动平稳性、重复定位精度等，在小型多关节装配工业机器人本体结构设计中，突破机械传统设计观念，采用大减速比高精度的摆线减速机，通过伺服电动机直接与摆线减速机相联接，驱动工业机器人关节运动，改善工业机器人原有的传动链长，传动结构复杂，传动误差大的缺点。小型多关节工业机器人采用自制复合型、高精度十字交叉滚子轴承，因轴承中圆柱滚子在呈90°的V形沟槽滚动面上相互垂直的排列，轴承可承受径向负荷、轴向负荷及倾覆力矩等所有方向的负荷。内外圈的尺寸最大限度地小型化，外圈采用两体分割的构造，轴承预紧量可调整，通过施加预紧负荷，而获得高刚性、高精度，轴承回转、轴向跳动精度不大于±0.01mm。该轴承应用于工业机器人的关节回转部位，从而缩小工业机器人关节支撑件安装空间及简化支撑结构，提高工业机器人传动刚性及运动几何精度。

2、小型多关节工业机器人设计思路

2.1增设多重模块

工业类机器人，为了延展自带的适用特性，适合自动生产，就要配有多样的细化模块。集成各类装置，搭配适当模块。这就添加了固有的针对性，集成物流体系。与此同时，它也更为精准、可以随时调整，精度成效优良。依照细分出来的多重性能、依照不同负荷着手来调配模块，便于模块组合。对于各类模块，彼此拟定了统一、标准的架构下的界面。区分多类性能，缩减设计时段，减小总体耗费。针对装置调控，它预留了互通外界必备的衔接接口。

2.2平稳传动及定位

小型多关节类型工业机器人通常被设定成复合型。滚子轴承构建了十字交叉特有的形态，增添自身精度。在排列轴承内，圆珠顺着直角架构来滚动；在沟槽平面上，彼此垂直排列。轴承承载着径向方位的某负荷，含有倾覆力矩。对于内外圈，在最大范畴内设定了小型化的精准尺寸。外圈构建为分割体，可调和它固有的预紧量。增添预紧负荷，这样构建起来的轴承就延展了精度，获取更高精度。轴向方位的精度、轴承必备的回转精度都应被调控为0.01毫米。轴承搭配着回转关节，缩减了增设配件耗费的空间，简化自身支撑。这样就提升了精度控制，并增加了传动刚性。

2.3提升调控速率

进行快速移动的时候，多关节工业机器人每秒可移动1500mm。给出特定负载，在最大速率下，要拟定明晰的移动轨迹，构建巡回运动。借助仪表来记下时间，耗时被调控至4秒之内。机器人真实情形下的装配成效紧密关系着调控的流程、选取的调控步骤、软硬件的搭配。依照整体考量，拟定的控制路径要吻合群体，也要确保独立，便于配合及协同。各个机器人自带的构架、自身调控流程都应被慎重设定。只有这样，才能方便衔接，便方便彼此互通。增设现场总线，拟定数据结构、通讯必备的协议，衔接软硬接口。软件被设定成模块，增添调控柔性，更能适应系统。

3、小型多关节工业机器人的具体设计

3.1机械手指附件

机械手指附件结构根据工业机器人的工作性零件的形状而设计，作为工业件。交换式机械手主要用于生产线的装配工位及机床加工零件上下料，对于喷漆、冷却、焊接等工序只需在工业机器人腕关节联接处配置气枪、水枪和焊枪等装置，即能实现不同工序的要求，用两个机械手指可同时实现零件的自动上下料换装工作，提高工业机器人的利用率。

3.2手臂必备的支承

手臂支承整合了双重的轴承，支撑手臂腕部。它可带动手部，描画明晰的运动路径：从初始某一点，到达设定的点。伺服电机被衔接于摆线机械，减小传动误差。同时回转类的轴被稳固在主体臂之上，它的刚性紧密关联着支撑配件，确保手臂刚度。在手臂另一端，预留空间以便布设电缆、布设系统气管。辅助架构内的支撑臂串联着走线槽，可以辅助支持。

3.3腕部关节

小型多关节工业机器人腕部是连接机器人臂部与手部的部件.起支撑手部的作用。若要实现机器人手部在空间中的任意位置和姿态，通常要求机器人具有6个自由度，其中腕部的自由度主要是实现机器人末端件在空间中所期望的姿态。因为腕部是将作业载荷传递到臂部，因此也称次轴，其结构的设计直接影响作业精度.故其设计尤为重要。

3.4回转类及腰部关节

手腕回转必备的关节衔接着外在，属于接口关节，它能更替初始的方向。在设计构架时，拟定适宜比值的强度及刚度，本体自带的重量应被缩减，构架应当紧凑。这种适当设计，可减少手臂总的荷载。增添咬合齿数，延展了固有的传动范畴，增添总体承载。腰部回转轴承带动着手臂之上的多重关节，做出更多回转。伺服电机串联了减速器，设定一级减速。经由输出端来衔接成套的齿轮，再次予以减速。油池箱配有密闭的这类传动，可以缩减噪音，减少齿轮损伤。

4、结束语

综上所述，机器人技术集中了机械工程、电子技术、计算机技术及自动控制理论等多门学科的研究成果，是机电一体化的最高成就，同时也是当代科学技术领域中发展最为活跃的技术。小型多关节工业机器人，含有多关节这一总体架构。依照拟定好的路径来调控平日内的机械动作，便利工业制作。设定各点定位、描绘连续轨迹以便调控这样的运动路径。

参考文献：

[1]工业机器人交流伺服驱动系统研究[J].陈英.电子设计工程.2017（16）.

[2]多关节示教工业机器人的设计[J].王江华，赵燕.电脑知识与技术.2017（16）.

[3]多关节工业机器人发展趋势探讨[J].牟宏均.自動化技术与应用.2017（10）.

（作者单位：哈尔滨华德学院）