移动服务机器人机械臂结构设计及其优化研究

移动服务机器人机械臂结构设计及其优化研究
摘要新形势下社会各行业整体生产水平的不断提升，对性能可靠的移动服务机器人提出了更高的要求，也为这类机器人应用范围扩大创造了有利的条件。

在此背景下，为了确保移动服务机器人机械臂结构稳定性，保持其良好的应用工况，则需要采取必要的措施注重其结构设计与优化。

基于此，本文将对移动服务机器人机械臂结构设计及其优化进行研究。

关键词移动服务机器人；机械臂结构；设计；优化
结合移动服务机器人的实际应用概况，对其机械臂结构进行必要的设计及其优化，有利于完善这类机器人实际应用中的服务功能，实现对灵活性良好、强度高的移动服务机器人机械臂结构的高效利用。

1 移动服务机器人机械臂结构设计研究
为了保持移动服务机器人机械臂结构性能可靠性，优化其实践应用中的使用功能，则需要重视其结构设计，并明确相关的设计要点，完善这类机器人机械臂结构设计方案。

具体表现在以下方面：
1.1 设计前所要考虑的要素
在开展移动服务机器人机械臂结构设计工作之前，为了确保其后续设计工作的顺利进行，则需要设计人员能够在其设计前考虑相关的要素。

这些要素包括：①结合移动服务机器人机械臂结构的功能特性，加强人体手臂运动机理分析。

作为机械臂结构设计的重要基础，移动服务机器人机械臂构型是否合理，关系着其机械臂结构性能好坏。

而在确定移动服务机器人机械臂构型的过程中，需要注重与之相关的人体手臂运动学机理分析，进而将人体关节、肌肉及骨骼分别看作机械臂结构的运动副、驱动器及刚性连杆，且在神经系统的控制作用下，获得所需的机械臂设计方案；②在确定机械臂构型的过程中，为了增强其结构设计方案适用性，设计人员应加强人体手臂的自由度分布关系分析。

在此基础上，优化移动服务机器人机械臂设计形式，确保其应用工况良好性[1]。

某移动服务机器人示意图如图1所示。

1.2 外形尺寸及关节转角范围方面的设计
为了使移动服务机器人机械臂结构应用过程中能够保持良好的服务水平，则需要对其外形尺寸、关节转角范围进行必要的设计。

具体表现为：①在行业技术规范的科学指导下，结合实际情况，通过对人体手臂主要尺寸的分析，进而为机械臂外形尺寸确定提供参考依据，并根据移动服务机器人应用过程中的服务对象，对其机械臂外形尺寸进行合理调整；②在确定机械臂各关节转角范围的过程中，设计人员需要加强人体手臂各个关节的功能特性分析，并根据这些关节的转角范围，在计算机三维空间中绘制出人体手臂各关节运动角度极限图，从而为机
械臂各关节转角范围确定提供所需的参考信息，确保其设计合理性。

1.3 机械臂其他方面的设计
（1）机械臂驱动模块方面的设计。

在实现机械臂转动、保持其良好应用工况的过程中，需要注重其驱动模块方面的设计。

在驱动模块设计中，若采用分离式设计方式，则会在机械臂结构设计中将驱动器、电机等不同组成部分分开，且在同步作用下实现机械臂转动。

但是，这种机械臂驱动器模块设计方式实践应用中存在着构件灵活性差、转角范围有限、结构不紧凑等缺点，需要对其进行不断完善；若在驱器模块设计中采用集成式设计方式，则可实现机械臂运行中驱动器、电机等组成部分的集成应用，且该设计方式具有占用空间少、结构紧凑性良好的优点，能够满足驱动模块设计要求。

（2）连接模块方面的设计。

为了实现对机械臂各驱动模块的有效连接，则需要对其连接模块进行设计。

在连接模块设计中应注重机器人内部电源线、数据线的有效连接，保持模块中空轴杆及连杆之间良好的连接效果，确保连接模块设置有效性[2]。

2 移动服务机器人机械臂结构优化研究
所谓的机器人机械臂结构优化，是指在优化理论及设计共用支持下对机械臂结构设计中的实际问题进行转化，并在信息技术与计算机网络的共用支持下，借助结构优化设计形式、优化算法等要素的作用，实现移动服务机器人结构优化设计，确保其结构设计合理性。

具体表现在以下方面：
（1）通过对机器人机械臂结构的深入分析，从尺寸、形状及拓扑三个层次确定其所需的优化形式，且在优化理论及算法的共同支持下，完善机器人结构优化设计方案。

时间hi件过程中确定机器人机械臂结构优化形式时，需要充分地发挥出信息技术与计算机网络的优势，确保机器人机械臂结构优化能够达到预期效果。

同时，在移动服务机器人机械臂结构优化算法选择中，应注重不同优化算法的配合使用，像准则法、仿生智能法等。

（2）根据移动服务机器人机械臂结构优化设计要求，从机械臂最大工作空间、静刚度及全域速度波动三方面入手，在计算机三维空间中确定相应的性能指标。

同时，应通过对计算机网络与信息技术的合理运用，确定机械臂结构优化所需的函数模型，给予其优化研究必要的支持。

（3）设计人员应在计算机系统中借助系统仿真分析法的优势，对移动服务机器人机械臂结构优化函数模型应用效果进行科学评估，确保机械臂结构优化处理有效性。

同时，应在实践过程中加大机械臂结构优化算法改进研究力度，确保机械臂性能可靠性[3]。

3 结束语
现阶段移动服务机器人的实际应用范围扩大，在多个领域应用中取得了良好的作用效果。

实践过程中因其机械臂结构性能是否良好与移动服务机器人的应用是由有效密切相關，因此，需要给予移动服务机器人机械臂结构设计及其优化更多的重视，并在不同的措施作用下，完善其设计方案，确保这类机器人机械臂结构实际应用中能够达到预期效果。

参考文献
[1] 赵晶，陈殿生，桂顺，等.机器人安全性研究现状及发展趋势[J].北京航空航天大学学报，2017，（11）：12.
[2] 钱灿荣.移动服务机器人机械臂结构设计及轻量化的研究[J].成都工业学院学报，2016，19（02）：24-26.
[3] 段斌.仿人移动服务机器人结构设计及稳定性分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015.
寿晓波（1984-）男，武汉人，毕业院校：华中科技大学，学历：本科，专业：热能与动力工程，现就职单位：中船重工722研究所，专业：机械。