董澤鋒

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引言

目前工業(yè)機器人設計周期長，成本高，每種機器人配置的應用范圍有限，難以適應市場需求和變化。為了解決上述問題，本文提出了一種工業(yè)機器人模塊化的參數(shù)化設計方法。用戶可以通過對模塊進行選擇、模塊尺寸選擇的確定和模塊組裝，完成滿足工作要求的工業(yè)機器人結構設計。本設計方法簡單，加工周期縮短，產(chǎn)品質(zhì)量相對較高，維護方便便捷，產(chǎn)品成本較低，具有非常大的市場潛力。

1 模塊化設計思想及其優(yōu)勢

1.1 模塊化設計思想

模塊化設計是一個漸進的產(chǎn)品設計和生產(chǎn)過程。模塊化的設計思想由來已久，基本構想是利用產(chǎn)品系統(tǒng)的整體功能，在功能分析的基礎上，將整個產(chǎn)品分成若干特定的模塊，然后采用不同的模塊組合，得到不同品種、不同功能的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求。

1.2 工業(yè)機器人模塊化設計過程

模塊化設計需要分析工業(yè)機器人的功能，劃分和設計了一些通用功能模塊，并對這些模塊進行了選型和配置。功能不同的工業(yè)機器人，或者是功能類似的工業(yè)機器人，其性能不同、成本是不同的。工業(yè)機器人一般情況下都是可以進行機器人的模塊化設計，模塊化設計的優(yōu)點就是可以有效降低成本，縮短設計周期，改進和維護產(chǎn)品方便操作提高產(chǎn)品市場競爭力等[1]。

2 模塊劃分及接口設計

2.1 模塊劃分方法及理論

在對工業(yè)機器人市場調(diào)研和功能分析的基礎上，將機器人產(chǎn)品劃分為若干個比較常見的功能模塊，并對各個模塊的接口和需求進行了分析和定義。模塊分配中需要考慮的因素如下：

（1）模塊化產(chǎn)品分割及模塊化產(chǎn)品的基本原理采用以少博大為原則。

（2）模塊的機械結構，其實際的功能具有一定的獨立性和完整性。

（3）需要確保同一種功能的模塊互換性，還可以根據(jù)不同的功能進行模塊化的組合，則模塊必須具有“組合”和“互換”的兩個特征。

2.2 模塊劃分及各模塊功能

本文以關節(jié)類型的機器人作為研究對象。關節(jié)型的機器人是由關節(jié)交替連接的連桿組成的。關節(jié)型機器人總計可以分為四個模塊設計，假設平行于機器人連接位置的為x軸，而垂直于機器人連接位置的是y軸和z軸。

（1）執(zhí)行器模塊A：執(zhí)行器模塊分為三種類型：吸附式執(zhí)行器、機械夾緊驅動執(zhí)行器和其他類型執(zhí)行器（如攝像機、焊槍等）。

（2）繞y軸的搖擺臂模塊B：它提供繞軸的搖擺運動。

（3）繞z軸的旋轉臂模塊C：它提供繞連桿的回轉運動。

（4）基板模塊D：基板模塊可實現(xiàn)機器人的支撐、旋轉、轉動、連接和安裝功能，將機器人固定到指定位置或連接到移動設備。

2.3 接口設計

通過標準接口使用不同系列的模塊使這個接口應盡可能小，接口應簡單、穩(wěn)定、可靠，促進模塊的快速組合[2]。

3 工業(yè)機器人模塊化參數(shù)化設計的實現(xiàn)

3.1 機器人模塊化參數(shù)化設計的實現(xiàn)流程

在機器人的模塊化參數(shù)設計中，用戶首先根據(jù)實際操作條件確定組件的類型、數(shù)量和組裝方式，然后確定機器人每個模塊的尺寸參數(shù)，以確定機器人的機械結構的差異。機器人尺寸模塊的類型和數(shù)目對應于結構類似和尺寸不同的機器人。

具體流程如下：

（1）實際工況，即根據(jù)機器人所從事的工作類別進行系統(tǒng)的模擬分析。

（2）工作半徑計算，機械手的設計需要根據(jù)工作的半徑作為計算標準，半徑過長容易造成精細度不準確，半徑過低容易造成銜接不準確，只有合理的計算，反復的調(diào)試驗證，才能達到既定的效果。

（3）確定模塊種類、數(shù)量，機器人模塊種類和數(shù)量參數(shù)的設計可以為制造裝配做好充分的數(shù)據(jù)支持，在標準化的執(zhí)行中能夠得到很好的體現(xiàn)。

（4）確定模塊及裝配，根據(jù)數(shù)據(jù)進行模塊確定和裝配步驟的制定，對整個機器人來說是非常重要的，在確定模塊之前應遵循簡單、靈活和標準化的原則。

（5）設計完成。

3.2 機器人總圖設計

我們可以根據(jù)機器人的零件參數(shù)表，先建立起機器人的各項模塊組件，從建立三維模型開始，同時需要在機器人的各模塊中進行反復的組裝和拼接，完成在大部分的工作情況下的工業(yè)機器人的設計[3]。

4 結束語

本文提出了一個工業(yè)機器人模塊化的設計方案。結果表明，本次設計的工業(yè)機器人模塊從設計方法的角度而言是可行的，完全可以用于其他的機器人模塊化的設計上面。模塊化分工的好壞直接決定了模塊化系列化的成敗，合理的集成這些模塊決定了整個機器的指定功能指標是否實現(xiàn)。所以模塊劃分與集成是工業(yè)機器人模塊化建設的關鍵。