北方自动控制技术研究所 山西太原 030006
摘要：在机器人机械系统的实际设计过程中，并行设计模式属于比较有效的一种模式，并且也是比较理想的一种模式，通过并行设计模式的应用，可使机械系统设计更加具有科学性及合理性。所以，相关设计人员需要合理应用并行设计模式实现机械系统的科学合理设计，从而保证机器人整体设计能够取得更加满意的效果机器人是柔性制造自动化生产系统中不可缺少的组成部分 , 是一个典型的机电一体化产品。对此, 我们在进行冗余度双臂机器人的开发设计研究中, 对其机械系统的设计规划方法作了一点有益的探索 。
关键词：机器人；并行设计；模式
1 机器人机械系统设计特点
首先，复杂性特点。就机器人机械结构的整体而言，其相当于通过关节将一系列悬臂杵件进行串连的开式链，然而由于误差以及变形不断产生，在对结构实行设计过程中，不但要使开链结构能够保证灵活性以及能动性，并且对于该结构所产生运动传递以及误差补偿、消除等相关问题需要进行处理，也就导致机械结构设计相对比较复杂。
其次，依赖性特点。在整个机器人构成中，由于机械系统、感知系统及控制系统属于构成一个整体，存在十分密切的联系，因而在机械系统整体设计过程中，其设计方案、结构方案等，需要在确定感知系统及控制系统的方法、方式及手段的基础上才能够得以实现，因而具有依赖性特点。
再次，协调性特点。对于机器人机械系统而言，其形式及实现手段等方面因素，对于控制系统结构以及其复杂程度等方面均会产生直接影响，并且对于其它系统部件具体结构，以及安装与调控也会产生影响，因而在对机械系统进行设计过程中，需要协调其它各个系统，在此基础上才能够使系统设计取得更加理想的效果，满足实际设计需求。目前，机器人制造设计是一门复杂的科学，主要依靠力学、机械技术、计算机控制技术等多个学科融会贯通制造而成，是实现自动化生产中必不可少的环节。
2 机器人的机械系统的相关知识
2.1机器人机械系统的内涵机器人机械系统主要由机身、行走系统、操作臂、末端执行器等构成。机械系统是机器人应用过程中的主要操作工具，它接收机器人控制系统、感知系统的指令只会，指导机器人有效的进行软硬件等的操作处理。
2.2 机器人机械系统的优势特点第一，机器人的机械系统拥有较高的灵活性和操作性。即说明机器人的机械系统能够在复杂、细致的工业制作环境中，听从人下达的指令执行工作任务，这是传统机械系统无法完成的工作任务。第二，机器人的机械系统依赖于机器人的控制系统和感知系统而存在。即机械系统所进行的操作方案、机械系统的结构方案主要是依靠感知系统对外界的资讯的感知，并传送至控制系统，由控制系统对机械系统下达操作方式和操作手段。第三，机器人的机械系统具有协调性特征，机器人的机械系统有别于传统机械系统，能够协调机械系统的实际操作和设计方案；另一方面协调性特征指的是机器人系统中的三大系统之间能够相互协调发展，如结构设计、安装同工作任务等进行有机结合，提高工作的效率和科学性。
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3 常见的机器人机械系统设计模型
3.1 一般的机器人机械系统设计模型机器人机械系统的一般设计主要有 3 个过程：第一，设计理念的确定。即根据机器人机械系统将要执行的任务和所处的行业环境进行调查分析，进行关于操作对象、精确度、速度等的设计方案制定；第二，系统的初步设计，主要进行达到是系统结构的设计，要求确定机器人的各大模块，如控制模块、机械模块等；第三，详细的模型设计，要求对每一模块进行设计评估，实现自上而下的串联设计。完善机器人设计的整体协调性和使用性。
3.2 机器人机械系统并行设计模型机器人机械系统的并行设计指对机械操作任务进行并行集成，提高机械系统的操作效率。具体而言是对工作制造中的工艺规划、制造、装配、测试和维护等环节的统筹兼顾。机器人机械系统并行设计还需要将理论和方法论进行协调管理，运用并行的设计理念，进行机器人机械系统的并行设计模式。机械系统并行设计模型主要考虑三方面的设计，一是概念设计，其中包括机构运动分析、传动系统分析、控制系统分析、电子系统分析、工艺装配系统分析；二是执行要求设计，包括对机器人机械系统操作对象、环境等的设计，对运动方案设计和系统综合分析评价；三是具体操作设计，主要是对操作臂设计、末端执行器设计、行走系统设计、机身设计和周边设备设计。由此并行设计模型可以看出，机器人的机械系统能够精确工作轨道、进行误差的检测，弥补软硬件的不足，更具有关节柔性特点。同时机器人机械系统的并行设计形成的三大系统协作关系，是实现有效、整体、科学设计的重要保证，能够有效避免各个设计方案之间产生冲突。
3.3 机器人机械系统并行设计模型的具体应用通过对双臂机器人机械系统并行设计模型的具体构建，说明并行设计模型在理论和实践当中的双重作用。首先，确定双臂机器人的执行要求，双臂机器人是为了解决机器人的路径规划控制算法、图像处理等方面工作任务的机械系统，要求拥有精确性和灵活性，能够提供采集系统、机构运动和控制机构之间的有效集成。其次，是分组进行机器人各大并行系统的分析规划设计。主要以双臂机器人机械系统中的运用方案为主要的导向，对各个系统模型进行协调规划。最后，具体确定各个并行系统之间的关系 , 为控制板留空白，以便实际操作中进行更改之用。
4 结束语
综上所述，机器人机械系统的并行设计模型在工业自动化制造中更具柔性功能，同时并行设计模型也符合一般机器人机械系统设计的过程，具有科学性和特殊性特点。在进行机械系统并行设计模型设计过程中，要时刻把握住设计中的学科复杂性，注意对机器人机械系统的工作环境进行有效勘察，从而设计、执行能够并行规划，也能够使具体设计、概念设计等的并行规划。
参考文献：
[1]赵森,吕忠伟.机器人机械系统并行设计的模式探讨[J].山东工业技术,2019(19):131.
[2]白晓,殷凤兰,李显昌.基于机器人构型设计的机械创新实验研究[J].实验教学与仪器,2019,36(06):66-69.
[3]严智敏,朱大昌,徐顺建.面向变电站多机器人智能协同巡检系统的研究分析[J].机电工程技术,2019,48(05):53-56+284.
[4]唐增亮,庞小兰.工业机器人在机械制造领域的发展探索[J].科技创新与应用,2019(17):45-46.
论文作者:曹阳,杨丰涛,王永山,范泽焘,张利军
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/6
标签：机器人论文; 系统论文; 机械论文; 模型论文; 操作论文; 控制系统论文; 模式论文; 《防护工程》2019年12期论文;