摘要：在對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行市場調(diào)查、功能分析的基礎(chǔ)上，對機(jī)器人進(jìn)行模塊劃分，將工業(yè)機(jī)器人分為4種通用模塊，分別是執(zhí)行器模塊、繞z軸旋轉(zhuǎn)臂模 塊、繞x (y)軸俯擺臂模塊及底座平臺模塊，這4種模 塊間共有3種通用的標(biāo)準(zhǔn)接口。用戶設(shè)計機(jī)器人產(chǎn)品時，只需要根據(jù)實際工況選擇合適的模塊種類，按照標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行模塊裝配，即可完成機(jī)器人設(shè)計，極大地提高了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計效率。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人;模塊化設(shè)計;標(biāo)準(zhǔn)接口

　　0 引言

　　“中國制造2025”提出，要圍繞工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用要求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)器人向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展，擴(kuò)大機(jī)器人的市場應(yīng)用。據(jù) 推 測，未 來30年機(jī)器人技術(shù)將處于高速增長階段，能適應(yīng)如今迅速變化的 工 作 環(huán) 境 的 工 業(yè) 機(jī) 器 人 將 有 大 量 的 社 會 需求[1]。而目前工業(yè)機(jī)器人設(shè)計周期長、成本高，每種機(jī)器 人 構(gòu) 型 應(yīng) 用 范 圍 有 限，難 以 適 應(yīng) 市 場 要 求 和 市 場變化。為解決上述問題，提出一種工業(yè)機(jī)器人的模塊化參數(shù)化設(shè)計方法，用戶通過模塊選擇、模塊尺寸確定、模塊裝配即可完成滿足工況要求的工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計方法簡單，加工周期短，產(chǎn)品質(zhì)量高，維護(hù)保養(yǎng)方便，產(chǎn)品成本低，具有較大的市場潛力[2]。

　　1 模塊劃分及接口設(shè)計

　　1.1 模塊劃分方法及理論在對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行市場調(diào)查與功能分析的基礎(chǔ)上，將機(jī)器人產(chǎn)品分成一系列相對通用的功能模塊，并定義模塊的接口及各模塊要求。模塊劃分時要考慮的因素如下[3-5]：(1)模塊劃分的原則是以盡可能少的模塊組成更多產(chǎn)品。(2)模塊結(jié)構(gòu)及功能有一定的獨(dú)立性和完整性。(3)為了保證相同功能模塊的互換和不同功能模塊的組合，模塊應(yīng)具有可組合性和可互換性兩個特征。

　　1.2 模塊劃分及各模塊功能本文以關(guān)節(jié)型機(jī)器人為研究對象，關(guān)節(jié)型機(jī)器人由連桿通過關(guān)節(jié)交替連接而成。將關(guān)節(jié)型機(jī)器人分為4種單元模 塊[6-7]，如圖1所 示。圖1中，約 定 平 行 于機(jī)器人連桿方向的軸為z軸，垂直于機(jī)器人連桿方向的軸為x、y軸。

　　1.3 接口設(shè)計機(jī)器人各單元模塊的不同系列通過標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行連接。接口種類要盡可能少，接口的連接要簡單、穩(wěn)定、可靠，以便于模塊之間的快速組合。基于此，設(shè)計了如圖2所示的3種接口。接口一用于連接 AB、AD、BB;接口 二 用 于 連 接 AC、BC、CC;接 口 三 用 于 連 接CB、BD、CD。

　　2 工業(yè)機(jī)器人模塊化參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)

　　2.1 機(jī)器人模塊化參數(shù)化實現(xiàn)流程進(jìn)行機(jī)器人模塊化參數(shù)化設(shè)計時，用戶先根據(jù)實際工況確定模塊種類、數(shù)量及裝配方式，再逐項確定機(jī)器人各模塊的尺寸參數(shù)，從而確定機(jī)器人的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)。不同的尺寸參數(shù)、模塊種類和數(shù)量對應(yīng)結(jié)構(gòu)相似、尺寸不同的機(jī)器人。機(jī)器人模塊化參數(shù)化設(shè)計流程如圖3所示。

　　2.2 搬運(yùn)機(jī)器人模塊化參數(shù)化實現(xiàn)案例以某工況搬運(yùn)機(jī)器人為例進(jìn)行模塊化設(shè)計，抓取對象為長50mm、寬60mm、高50mm 的長方體，質(zhì)量為0.5kg。經(jīng)計算，機(jī)器人的最大工作半徑為1740mm。

　　2.2.1 搬運(yùn)機(jī)器人模塊選擇為完成搬運(yùn)任務(wù)，選擇5個模塊組成機(jī)器人，分別是執(zhí)行器模塊、繞z 軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、2個繞x(y)軸俯 擺關(guān)節(jié)及底座平臺。

　　2.2.2 搬運(yùn)機(jī)器人參數(shù)確定從執(zhí)行器末端開始，機(jī)器人連桿的長度分別為100mm、160mm、250mm、410mm。所選某品牌減速電機(jī)型 號 分 別 為 2 個 YN80-40 和 ZL28-0.75-15S、ZF32-0.75-30S，電 機(jī) 軸 徑 分 別 為 10 mm、10 mm、28 mm、32mm。同理，其他參數(shù)可以從電機(jī)樣本圖中查得。由于篇幅限制，僅列出繞x(y)軸俯擺關(guān)節(jié)模塊中各零部件的參數(shù)，如表1所示。

　　2.3 機(jī)器人總圖設(shè)計根據(jù)機(jī)器人零部件參數(shù)表，構(gòu)建組成搬運(yùn)機(jī)器人各模塊零部件(如表2所示)的三維模型并將其組裝成機(jī)器人的各個模塊，再將各模塊裝配起來，最終完成特定工況下工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計。搬運(yùn)機(jī)器人裝配圖如圖4所示。

　　3 結(jié)論本文提出了一種工業(yè)機(jī)器人模塊化設(shè)計方法。經(jīng)驗證，這種工業(yè)機(jī)器人設(shè)計方法切實可行，對其他機(jī)器人的模塊化設(shè)計也具有一定的借鑒作用。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 王田苗，陶俑.我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報，2014，50(9)：1-13.

　　[2] 劉極峰，易際明.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].北 京：高 等 教 育 出版社，2006.

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