机器人的详细设计：控制方案,设计及驱动方式,传动系统设计,机械设计

机器人是一个完整的机电一体化系统，是一个包括机构、控制系统、感受系统等的整体 系统。对于机器人这样一个复杂的系统，在设计时先要考虑的是机器人的整体性、整体功 能和整体参数，再对局部细节进行设计。

在设计之初，应当先明确机器人的设计目的，即机器人的应用对象、应用领域和主要 应用目的。然后，根据设计目的确定机器人的功能要求。在确定功能要求基础上，设计者可 以明确机器人的设计参数，如机器人的自由度数、信息的存储容量、计算机功能、动作速 度、定位精度、抓取重量、容许的空间结构尺寸以及温度、振动等环境条件的适用性等。将 设计参数以集合的方式表示，则可以形成总体的设计方案。Z后进行方案的比较，在初步提 出的若干方案中，通过对工艺生产、技术和价值分析选择出Z佳方案。

机器人的详细设计

①在总体方案确定之后，先根据总体的功能要求选择合适的控制方案。从控制器所 能配置的资源来说，有两种控制方式：集中式和分布式。集中式是将所有的资源都集中在一 个控制器上，而分布式则是让不同的控制器负责实现机器人不同的功能。

②在控制方案确定之后，根据选定的控制方案选择驱动方式。机器人的驱动方式主要 有液压、气压、电气，以及新型驱动方式。设计者可以根据机器人的负载要求来进行选择， 其中液压的负载Z大，气动次之，电动Z小。

③在控制系统的设计及驱动方式确定之后，就可以进行机械结构系统的设计。机器人 的机械结构系统设计一般包括对末端执行器、臂部、腕部、机座和移动机构等的设计。

④机器人运动形式或移动机构的选择。根据主要的运动参数选择运动形式是结构设计 的基础。常见工业机器人的运动形式有五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型 和SCARA 型。常见移动机器人的移动机构有轮式、履带式和足式移动机构。

为适应不同的生产工艺或环境需要，可采用不同的结构。具体选用哪种形式，需要根据 工艺要求、工作现场、位置以及搬运前后工件中心线方向的变化等情况，分析比较，择优选 取。为了满足特定工艺要求，专用的机械手一般只要求有2个或3个自由度，而通用机器人 需要具有4～6个自由度，才能满足不同产品的不同工艺要求。所选择的运动形式，在满足 需要的情况下，应以使自由度Z少、结构Z简单为准。

⑤传动系统设计的好坏，将直接影响机器人的稳定性、快速性和准确性等性能参数。 机器人的传动系统除了常见的齿轮传动、链传动、蜗轮蜗杆传动和行星齿轮传动外，还广泛 地采用滚珠丝杠、谐波减速装置和绳轮钢带等传动系统。

⑥在进行机械设计的过程中，Z好能够使用Pro/E 、UG 、SolidWork 等 CAD/CAE 软 件建立三维实体模型，并在机器人上进行虚拟装配，然后进行运动学仿真，检查是否存在干 涉和外观的不满意。也可以使用Adams 等软件进行动力学仿真，从更深层次来发现设计中 可能存在的问题。