工業(yè)機(jī)器人配套機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程分析

劉建中

（廣州市嘉特斯機(jī)電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

機(jī)器人既是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐裝備，也是改善人類生活方式的重要切入點(diǎn)。大力發(fā)展機(jī)器人關(guān)鍵零部件及其配套裝置也被列為我國(guó)《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》的主要任務(wù)之一[1]。機(jī)器人作業(yè)的品質(zhì)和效率最終取決于其配套裝置，本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人配套機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了一定深度與廣度的框定，能較快速有效地提高從業(yè)人員的設(shè)計(jì)效率以及準(zhǔn)確性和完整性。

1 設(shè)計(jì)過(guò)程

在工業(yè)機(jī)器人相關(guān)配套機(jī)械裝置設(shè)計(jì)前，第一步需先確定設(shè)計(jì)的依據(jù)：即生產(chǎn)工藝要求與實(shí)現(xiàn)該工藝機(jī)器人需發(fā)生的工況；第二步再進(jìn)行該作業(yè)單元機(jī)器人的選型與相關(guān)的機(jī)械配套設(shè)計(jì)；第三步進(jìn)行整套機(jī)器人裝置設(shè)計(jì)參數(shù)校核。機(jī)器人裝置的擺放位置與其執(zhí)行過(guò)程設(shè)計(jì)必須是在滿足該工序作業(yè)單元的技術(shù)要求和該生產(chǎn)線整體工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其設(shè)計(jì)過(guò)程可以按照設(shè)計(jì)依據(jù)確定、設(shè)計(jì)工作實(shí)施和設(shè)計(jì)結(jié)果校核三大步驟進(jìn)行。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)確定

設(shè)計(jì)依據(jù)主要是來(lái)自產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求和客戶的相關(guān)偏好，設(shè)計(jì)者依據(jù)客戶要求進(jìn)行機(jī)器人選型與相關(guān)配套設(shè)計(jì)工作。部分要求難以實(shí)現(xiàn)或存在更好實(shí)現(xiàn)方式的，必須在前期與客戶進(jìn)行協(xié)商變更，設(shè)計(jì)人員與客戶共同審圖確認(rèn)后方可進(jìn)行配套裝置的細(xì)部設(shè)計(jì)和投產(chǎn)。前期需確認(rèn)基本事項(xiàng)如表1所示。

表1 工藝與工況確認(rèn)的事項(xiàng)內(nèi)容

3 設(shè)計(jì)工作實(shí)施

工業(yè)機(jī)器人機(jī)械配套裝置的設(shè)計(jì)主要是依工藝要求圍繞機(jī)器人本身和執(zhí)行裝置展開的，在設(shè)計(jì)前首先對(duì)機(jī)器人型號(hào)進(jìn)行選定，不同工作環(huán)境需選擇防護(hù)等級(jí)合適的機(jī)器人，機(jī)器人在燃燒、液體與爆炸可能的環(huán)境不可用[2]，具體依據(jù)工況需向機(jī)器人廠家與使用方進(jìn)行咨詢與確認(rèn)。選型項(xiàng)如表2所示。

表2 機(jī)器人選型決定因素內(nèi)容

配套機(jī)械裝置的工況必須在機(jī)器人允許的條件下，如末端執(zhí)行裝置的質(zhì)量及其重心位置必須在選定機(jī)器人的額定范圍內(nèi)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要為機(jī)器人固定裝置、末端執(zhí)行裝置和安全防護(hù)裝置三大部分。固定與執(zhí)行裝置歸納如表3所示。

表3 機(jī)器人固定與執(zhí)行裝置內(nèi)容

在機(jī)器人配套的固定裝置與末端執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)完成后，需進(jìn)行周邊安全防護(hù)裝置設(shè)計(jì)，防護(hù)的嚴(yán)格程度按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和客戶特殊要求。機(jī)械防護(hù)設(shè)計(jì)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離，并與電氣程序進(jìn)行聯(lián)鎖，確保機(jī)器人作業(yè)單元在生產(chǎn)和維護(hù)時(shí)的安全。常用機(jī)械防護(hù)的結(jié)構(gòu)形式及要求如表4所示。

表4 機(jī)器人安全防護(hù)裝置內(nèi)容

4 設(shè)計(jì)結(jié)果校核

對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果需進(jìn)行負(fù)載、節(jié)拍計(jì)算和姿態(tài)、范圍模擬。可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性、定量的判斷，或采用仿真軟件或三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真，歸納如表5所示。

表5 配套裝置的設(shè)計(jì)校核內(nèi)容

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人配套的機(jī)械裝置主要設(shè)計(jì)過(guò)程、內(nèi)容以及相關(guān)要求進(jìn)行了總結(jié)與說(shuō)明，從設(shè)計(jì)依據(jù)確定到設(shè)計(jì)過(guò)程分解再到最終設(shè)計(jì)校核均做了實(shí)用層次的方法歸納和說(shuō)明，對(duì)設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確、快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)能起到切實(shí)的指導(dǎo)作用。

[1]工業(yè)和信息化部，發(fā)展改革委，財(cái)政部.機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）：工信部聯(lián)規(guī)〔2016〕109號(hào)[A].

[2]上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司.機(jī)器人培訓(xùn)教材[Z]，2007.

[3]蔣剛，龔迪琛，蔡勇，等.工業(yè)機(jī)器人[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.