摘要：机器人的技术是通过计算机的记忆及计算机的编程功能来控制其操作的，利用机器人可以自动地完成工业生产中的某一项重要且高难度的任务。它是世界各国都在发展的高科技之一。它是典型的机电一体化综合性产品，工业机器人主要是由操作机和控制器两大部分组成的。工业机器人涉及的领域非常广泛，它包括了建筑工程、医疗事业、航天事业、教育事业等等很多方面，在我国，工业机器人主要在危险、有害、有毒的工作中起了很大的作用。
关键词：工业机器人；机械系统；设计
一、工业机器人的总体设计
1．主体设计
工业机器人主体结构的设计中最主要的因素就是选择正确的由连杆件和运动副组成的坐标形式。工业机器人的坐标形式主要有圆柱坐标式、球面坐标式、关节坐标式、直角坐标式等等。
圆柱坐标式的机器人主要有腰转、升降、手臂伸缩三个自由度。手腕部分通常采用两个自由度，垂直水平轴线的转动和绕手臂纵向轴转动。如果手腕部分采用三个自由度，机器人整体的总自由度达到了六个。
球面坐标式的机器人的工作范围较广，设计和控制系统程序都十分的复杂。它的别名是极坐标式机器人。
关节坐标式机器人主体结构主要有腰转关节、肩关节、肘关节三个自由度，它们全部都是转动关节，手腕上有俯仰、偏转和翻转三个自由度上的转动关节，它可以用来最终确定末端操作器的姿态。
直角式机器人的作用是生产设备的上下料，它也可以用作高密精度的装配工作和检测工作。
2.模块化结构设计
模块化机器人是把一些具有标准化、系列化的模块件，把这些模块件通过具有特殊功能的结合部，用积木拼接的方式把它组成一个工业机器人的系统。模块化结构设计是指基本的模块设计和结合部设计。模块化结构的机器人主要优点是经济性和灵活性。
3.材料选择
工业机器人和一般的机械设备相比较下，机器人的结构的动力特性在整个结构体系中是十分重要的。选择这些材料最基本的要求就是要强度高、弹性大、质量轻、价格低廉等等。
4.平衡系统设计
工业机器人的系统采用的是多刚体耦合的，因此系统的平衡性是十分重要的，为什么系统的平衡性极其重要？这样它可以变的更安全，通过平衡系统能降低由于机器人的运动而导致的惯性力矩和机器人的结构而导致重力而引起的关节驱动力矩变化的峰值，它还可以借助平衡系统降低动力学方程中的内部耦合项和非线性项。还有就是改变机器人的动力特性，用平衡系统来减小机械臂结构而引起的不良现象。而且通过平衡系统能够让机器人运行地更加稳定，从而降低了地面的安装要求。
二、工业机器人的传动部件设计
机器人的传动部件是架接驱动源和机器人各个关节连接的桥梁，它是工业机器人中的重要部件。工业机器人的运动速度、加速度、减速度、特性、运动的平稳性、承载能力及精度很大程度上都是与传动部件的优劣程度有关系。所以，传动部件设计是整体设计的关键性因素之一。
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1.移动关节的导轨
移动关节导轨的作用是在机器人运动的过程中，保证位置精度和导向，因此我们必须要对移动导轨有如下的要求：（1）间隙尽量达到最小化或者消除。（2）降低摩擦系数并且不让它随着速度的变化而变化。（3）移动导轨和它的辅助元件尺寸要尽可能地小、惯量要低。
移动导轨主要分为普通滑动导轨、液压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨。前面两种的导轨具有结构简单、成本较低的特点，但是必须要借助间隙以便润滑，间隙的存在还会引起坐标的变化和有效负载的变化，在低速的时候非常容易产生爬行现象。而液压静压滑动导轨的结构能够产生低摩擦、高阻尼等等优点，但是它必须需要单独的液压系统和回收润滑油的系统。气浮导轨则不需要回收润滑油的系统，但是它的刚度和阻尼较低。最后一种滚动导轨则在工业机器人上应用非常的广泛。它具有很多的优点，比如摩擦小、尺寸小、刚度大、精度高、润滑容易、容易制成标准的成件、消除间隙等。但是滚动导轨阻尼低，对脏的物质十分敏感。
2.转动关节轴承
转动关节的轴承主要是用的是球轴承，它能够承受住轴向和径向的载荷，它们之间摩擦较小，对轴和轴承座的刚度不够敏感。主要分为向心推力球轴承和四点接触球轴承。
3.传动件的定位及消隙
传动件的定位主要有电气开关定位、机械挡块定位、伺服定位系统定位三种定位。传动件的消隙主要有消隙齿轮、柔性齿轮消隙、对称传动消隙、偏心机构消隙、齿廓弹性覆层消隙五种消隙。
4.协波传动
伺运动的精度较高，间隙很小，它能够实现较高的重复定位精度。回转速度要稳定，没有波动，运动副健摩擦要小，效率高。体积小质量轻，传动扭矩大。我们常用的减速机构是行星齿轮机构和谐波传动机构。
5.丝杠螺母副和滚珠丝杠传动
丝杠传动机构是将旋转的运动变成直线的运动的非常重要的传动部件，它的优点是不会产生冲击力，并且传动的非常平稳，没有噪音，能够自锁，由较小的扭矩产生很大的牵引力。它的缺点是传动效率比较低。如果采用滚珠丝杠传动则会解决这种问题，而且它的传动精度和定位精度都非常的高，在传动过程中灵敏度和平稳性都非常高，磨损也非常小，这样使用的寿命就会很长。
三、新技术应用在机器人机械系统上
机器人机械系统有很多部分组成，而且每一部分都有他们相应的作用。机械部分：这部分是机器人的骨架结构，其中包括机械手，和移动机构，又包括各种内部和外部的传感器，相当于人的眼，耳和皮肤，以及各种感知器官，这些传感器能够清楚并直接的感知外部世界各种信息并且能够迅速反馈给中枢神经大脑，也就是电脑。主要有以下几种外部传感器最为重要，没有他们的配合，也就没有现在的各种灵活高效的机器人，接触觉传感器，压觉传感器，力觉传感器，滑觉传感器等，这些传感器是机器人与外界信息之间的绿色通道，只有通过这个渠道，才能得到外界环境，位置，包括人类的各种显著特征，才能让机器人更好的工作，像平时我们看到的各种机器人都有那么多的功能，类似于检查东西质量，好坏。取某种东西，还有操作控制等类似的操作。当然，他们还能感知视听，味觉等很多不可思议的事情。有了各个器官，那么最主要的还需要一个大脑，那么机器人的大脑是什么呢？是什么让他们有思想，并且了解人们的需求呢！没错，就是电子计算机，人类与机器人的主要交流桥梁。用机械手作为人类的手臂，移动器官相当于人的脚，从而来完成行走任务，他还可以根据环境，位置的变化来灵活的改变自己的姿态。
结束语：在新形势下，技术的发展极为迅速，市场的竞争也愈加激烈，我们必须要快速的发展我国工业机器人的技术和产业。所以，为了未来机器人的发展，我国所有的科研机构和人员都需要提高自身的素质和技术，加强对外的技术交流与合作。将来我们一定能研制出自己的工业机器人，并将它运用到我们的各行各业中去。这样不仅能够减轻我国劳动力的负担，也能提高企业的工作效率。
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论文作者:马文达
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
标签：机器人论文; 导轨论文; 工业论文; 系统论文; 关节论文; 坐标论文; 自由度论文; 《基层建设》2016年12期论文;