1.5　工业机器人的基本设计方法

工业机器人是典型的机电一体化产品，对其开发需采用系统的观点，立足全局，合理分配机械、电子、硬件、软件各部分所承担的任务和功能，这对提高系统的整体性能、结构简化、成本降低起着举足轻重的作用，可以实现功能互补。因此，研制开发工业机器人是一项难度较大的工作，需要有充分的技术准备与一定的物质条件。一般机器人的总体设计及其开发顺序如下。

1.5.1　工业机器人的设计方法

由前述工业机器人工作原理分析可知，工业机器人与机床在基本功能和基本工作原理上有相似之处，但其特征及要求不同。

从设计方法上看，工业机器人的设计方法与机床设计方法基本相通，但其具体的设计内容、设计要求及设计技术又有很大差别。

工业机器人总体方案的设计方法也可以分为分析式设计方法和创成式设计方法。

1.5.2　工业机器人设计内容与步骤

（1）总体设计

①基本技术参数设计

a.用途，如搬运、点焊等。

b.额定负载。额定负载是指在机器人规定的性能范围内，机械接口处所能承受负载的允许值，由机器人末端执行器的质量、抓取工件的质量及惯性力（矩）、外界的作用力（矩）来确定。

c.按作业要求确定工作空间，要考虑作业对象对机器人末端执行器的位置和姿态要求，以便为后续方案设计中的自由度设计提供依据。

d.额定速度。指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。由于机器人的总体结构尚未设计，故该阶段只能概略估计。

e.驱动方式的选择。

f.性能指标。

②总体方案设计

a.运动功能方案设计。该阶段的主要任务是设计确定机器人的自由度数、各关节运动的性质及排列顺序、在基准状态时各关节轴的方向。

b.传动系统方案设计。根据动力及速度参数、驱动方式等选择传动方式和传动元件。

c.结构布局方案。根据机器人的工作空间、运动功能方案及传动方案，确定关节的形式、各构件的概略形状和尺寸。

d.参数设计。确定在基本技术参数设计阶段尚无法考虑的一些参数，如单轴速度、单轴负载、单轴运动范围等。该项工作应与结构布局方案设计工作交叉进行。

e.控制系统方案设计。近期设计的工业机器人基本上都采用计算机控制系统。

f.总体方案评价。

（2）详细设计

详细设计内容包括装配图设计、零件图设计和控制系统设计。

（3）总体评价

总体设计阶段所得的设计结果是各构件及关节的概略形状及尺寸，通过详细设计将其细化了，而且总体设计阶段尚未考虑的细节也具体化了，因此各部分尺寸会有一些变化，需要对设计进行总体评价，检测其是否能满足所需设计指标的要求。