华北理工大学机械工程学院机械系 河北省唐山市 063200
摘要：本文在研究中以机器人机械臂设计为核心，分析质量平衡原理，提出质量平衡原理在机器人机械臂设计中的应用，明确应用效益，提高机器人机械臂设计的合理性和有效性，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。
关键词：机器人；机械臂；质量平衡原理；运用
机械臂属于机器人机械系统的重要部分，机械臂的设计质量直接影响到整个机械人的综合性能，受机器人特有问题的影响，机械臂会受到耦合项和负载转矩的影响，降低自身的动力性能，不利于机器人的深入应用。对此，设计人员要重视机器人机械臂设计，并引入质量平衡原理，消除耦合项和负载转矩的影响，提高机器人机械臂的整体性能，进而实现机器人机械臂设计要求。在这样的环境背景下，探究机器人机械臂设计及质量平衡原理具有非常重要的现实意义。
一、质量平衡原理引入机器人机械臂设计的必要性
机器人由机械系统、驱动系统以及控制系统组成，控制系统发送指令，使得机械系统运动，而驱动系统为机械系统的运动提供动力。机械系统属于机器人的执行机构，其中机械臂是机械系统的重要内容，机械臂的设计直接决定机器人的操作性能，一般以连杆首尾相接为主，借助关节相连形成开式链。在机器人机械臂设计中需要进行动力学分析，由于机器人设计中存在特有问题，在耦合与非线性的作用下，会降低机器人动力性能，无法进行动力学的实时控，而质量平衡原理可以消除耦合与非线性对机器人动力性能的影响。对此，在进行机器人机械臂设计中，要引入质量平衡原理，优化机器人机械臂设计结构，保证机器人的整体性能，进而提高机器人机械臂设计水平。
二、机械臂设计中的质量平衡原理
（二）优化机械臂设计
以质量平衡原理为主要依据，根据机械臂设计参数和2、4、6关节驱动电机重量进行计算，将2垂直轴转动自由度的驱动电机安装支点另一侧51mm位置，4垂直轴转动自由度的驱动电机安装支点另一侧55mm位置，6垂直轴转动自由度的驱动电机安装支点另一侧64mm位置。由于原有设计中将各个驱动电机全部安装在转动轴负载一侧中，增加电机负载转矩，无法控制耦合项影响，而在平衡质量原理下，将2、4、6自由度上的驱动点击转移到另一侧燕尾槽内，借助齿轮减速来促发机械臂转动，降低驱动电机负载，进而抵消耦合项对机械臂动力性能的影响。
（三）设计实用性检测
为了验证基于平衡质量原理的机械臂设计的有效性，设计人员要开展实用性检测实验，保持其他自由度不变，转动4、6两个自由度。通过参数检测，在机械臂运动中，小臂与中臂初速度为0，当最大加速度达到最大限值时，开始匀速转动。设计实验组和对照组，实验组为引入平衡质量原理后的机械臂设计，而对照组为原有设计，通过对比分析，确定了质量平衡的应用价值，实验组的负载转矩与耦合项影响较小，明显提高了机器人机械臂的动力学性能，优化机器人的综合能力。
结束语：
本文通过对机器人机械臂设计及质量平衡原理运用的研究，得出：
1.在机器人机械臂设计中，质量平衡原理的引入可以消除机械臂中的耦合项和负载转矩的影响，实现机器人机械臂的优化设计。
2.在机器人机械臂设计中，依据质量平衡原理，将机械臂中2、4、6等自由度上的驱动电机转移到支点另一侧，减少电机质量，控制负载转矩，降低耦合项影响，进而实现机器人机械臂的优化设计。
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作者简介：辛纪威（1995.10），男，河北省保定市人，民族：汉族 学历：本科生。研究方向：机器人
论文作者:辛纪威
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/23
标签：机器人论文; 机械论文; 质量论文; 原理论文; 转矩论文; 自由度论文; 负载论文; 《基层建设》2018年第8期论文;