小型多关节机器人设计思路及方案之研究

小型多关节机器人设计思路及方案之研究

发表时间：2018-09-09T09:33:39.700Z 来源：《河南电力》2018年5期作者：李水庆[导读] 进入新世纪以来，社会经济快速发展，原有人力劳动的生产力已经跟不上高速发展的生产需求

李水庆

（巨轮（广州）机器人与智能制造有限公司 510700）摘要：进入新世纪以来，社会经济快速发展，原有人力劳动的生产力已经跟不上高速发展的生产需求，在工业上的技术不断的在进步，使得其出现了各类的机器人代替人工作业，其中小型的、多关节类的机器人备受青睐，它含有设定好的关节坐标，运动着的关节轴配有编码器，伺服电动机这一配件增设了驱动。设计机器人时，选取半闭环的、开放架构下的位置反馈系，构建数控系统。关键词：小型；多关节机器人；设计思路；方案引言

小型多关节工业机器人为数控五轴关节坐标形式，运动关节轴采用带编码器交流伺服电动机驱动，半闭环位置反馈的开放式数控系统。交流伺服电动机直接驱动摆线减速机、谐波减速器等机构，最大限度地减少传动误差；各关节主支撑回转导轨采用高精度、高刚性的十字交叉滚柱轴承，保证关节运动的灵活及工业机器人高精度重复定位。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。为此，有必要探析新颖机器人特有的构建思路，拟定适当方案。 1小型多关节机器人特点 1.1高精度

机器人各关节的传动平稳性、重复定位精度是机器人性能主要指标，在小型多关节本体结构设计中，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，驱动机器人关节运动，改善机器人原有的传动链长，传动结构复杂，传动误差大的缺点。通过数控系统对位置误差及反向间隙进行补偿，保证机器人位置重复精度不大于±0.05mm。小型多关节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。该轴承应用于机器人的关节回转部位，从而缩小机器人关节支撑件安装空间及简化支撑结构，提高机器人传动刚性及运动几何精度。

1.2模块化设计

为扩大开发出的机器人自身通用性，适应不同自动化生产线的要求，将交流伺服电动机、摆线减速机及十字交叉滚子轴承集成化、模块化设计，与物流系统自动线的针对性、单一准确性相结合，达到柔性可调和高效、高精度的目的。根据机器人的不同功能需求、不同负荷及精度要求进行模块化组合，模块之间具有统一的、标准化的界面，达到缩短设计制造周期、降低制造成本的目的。

1.3高速度

机器人快速直线移动速度1500mm/s，满足自动生产线高节拍的工作效率要求。在额定负载和最大速度条件下，机器人进行循环运动。用仪表计时，其结果不大于4s，可适应自动生产线5s/件高生产节拍的要求。 2拟定设计思路

2.1增设多重模块

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。便利物流衔接，自动串联成更完备的体系。装置可被重构，符合柔性生产。

2.2提快调控速率

在快速移动时，机器人每秒即可移动1500毫米。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。借助仪表予以记下时间，耗时被调控至4秒以内[2]。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。唯有如此，才可便于衔接，便利彼此互通。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。

2.3平稳传动及定位

多关节的、小型类机器人常被设定成复合型。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。这就增添了精度，增添传动刚性[3]。

3构建细化方案

机器人自带的构架、自身运动路径都含有差值，但它们固有的构架近似。具体而言，关节轴拟定了如下的细化构架：①是回转类的关节。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。 4结束语

多关节特性的机器人，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[4]。这类机器人独有的优势：增添了灵活性，提快生产速率。未来进展中，多关节架构的小型机器人可被推广采纳，完善相关探究。

参考文献：

[1]赵军．小型多关节机器人设计[J]．金属加工（冷加工），2013，（20）：28－30．

[2]汪木兰，徐开芸，饶华球，等．虚实结合的多关节机器人开放式仿真系统研究[J]．系统仿真学报，2007，（21）：4965－4969．

[3]陈航，殷国富，赵伟，等．机器人模块化设计研究[J]．机械，2009，（3）：56－58．

[4]李雪琴，殷国富，刘爽，等．基于雅可比矩阵分析法的多关节机器人机构设计技术研究[J]．四川大学学报（工程科学版），2011，（S1）：252－256．