機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的模式探討

趙森 呂忠偉

摘 要：隨著目前智能技術(shù)不斷快速發(fā)展，機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)及生活中也有著越來越廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著十分重要的作用。為能夠使機(jī)器人得以更好應(yīng)用，使其功能得到更好的發(fā)揮，需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，并且在設(shè)計(jì)過程中需要選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)模式，以保證設(shè)計(jì)符合實(shí)際需求。本文主要就機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的模式進(jìn)行分析，從而為更好實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)奠定較好基礎(chǔ)與支持。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì);并行設(shè)計(jì);模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.120

在機(jī)器人設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于十分重要的內(nèi)容及組成部分，也是整體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容。在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，并行設(shè)計(jì)屬于比較重要的一種設(shè)計(jì)模式，也是比較科學(xué)的一種方法，可使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到比較理想的效果，因而合理應(yīng)用并行系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)也就十分必要，可使設(shè)計(jì)水平及有效性得到更理想的保障。

1 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

首先，復(fù)雜性特點(diǎn)。就機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體而言，其相當(dāng)于通過關(guān)節(jié)將一系列懸臂杵件進(jìn)行串連的開式鏈，然而由于誤差以及變形不斷產(chǎn)生，在對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)行設(shè)計(jì)過程中，不但要使開鏈結(jié)構(gòu)能夠保證靈活性以及能動(dòng)性，并且對(duì)于該結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)傳遞以及誤差補(bǔ)償、消除等相關(guān)問題需要進(jìn)行處理，也就導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜。

其次，依賴性特點(diǎn)。在整個(gè)機(jī)器人構(gòu)成中，由于機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)及控制系統(tǒng)屬于構(gòu)成一個(gè)整體，存在十分密切的聯(lián)系，因而在機(jī)械系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過程中，其設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)方案等，需要在確定感知系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的方法、方式及手段的基礎(chǔ)上才能夠得以實(shí)現(xiàn)，因而具有依賴性特點(diǎn)。

再次，協(xié)調(diào)性特點(diǎn)。對(duì)于機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)而言，其形式及實(shí)現(xiàn)手段等方面因素，對(duì)于控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及其復(fù)雜程度等方面均會(huì)產(chǎn)生直接影響，并且對(duì)于其它系統(tǒng)部件具體結(jié)構(gòu)，以及安裝與調(diào)控也會(huì)產(chǎn)生影響，因而在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，需要協(xié)調(diào)其它各個(gè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上才能夠使系統(tǒng)設(shè)計(jì)取得更加理想的效果，滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求[1-2]。

2 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)模式

2.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)普通模式

在機(jī)器人整體設(shè)計(jì)過程中，其主要分為三個(gè)方面流程，首先就是概念設(shè)計(jì)，也就是依據(jù)定義任務(wù)將機(jī)器人執(zhí)行要求確定，也就是依據(jù)定義任務(wù)將機(jī)器人執(zhí)行要求確定，其內(nèi)容主要包括操作對(duì)象、負(fù)荷以及速度與精度等內(nèi)容，并且需要設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)方案。其次，實(shí)行初步設(shè)計(jì)，對(duì)于這一點(diǎn)主要包括對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)行設(shè)計(jì)分析，確定傳感器以及控制策略，還有伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)及模塊化。再次，實(shí)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，其包括的內(nèi)容主要就是詳細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)，詳細(xì)電子設(shè)計(jì)，還有系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)過程中而言，若無法通過評(píng)價(jià)，則需要返回初始點(diǎn)或者上一層設(shè)計(jì)過程中實(shí)行設(shè)計(jì)。對(duì)于這種由下而上進(jìn)行的串行設(shè)計(jì)方式，其對(duì)于機(jī)器人系統(tǒng)整體優(yōu)化會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響，并且還會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程有所延長(zhǎng)，因而這種設(shè)計(jì)方式并不適用于機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。

2.2 機(jī)械人機(jī)械系統(tǒng)的并行設(shè)計(jì)模式

對(duì)于并行設(shè)計(jì)而言，其所指的就是在開始進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)便需要對(duì)產(chǎn)品生命周期中各個(gè)方面相關(guān)的影響因素進(jìn)行充分考慮，通過對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行并行集成，使產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間能夠得以縮短，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量能夠得以有效提升，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本得以有效降低。對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品機(jī)器人而言，其自身便屬于高技術(shù)集成而得到的，涉及到機(jī)械、控制以及電子與計(jì)算機(jī)等各個(gè)方面的高新技術(shù)，因而在對(duì)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)、電子電氣及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、控制理論及方法等相關(guān)學(xué)科相互交叉及滲透的有關(guān)技術(shù)作為支持。依據(jù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)，通過對(duì)并行設(shè)計(jì)思想進(jìn)行利用，可得到機(jī)械系統(tǒng)的并行設(shè)計(jì)模式。

2.3 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)模式分析

在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，其并行設(shè)計(jì)模式的構(gòu)成主要包括具體方案設(shè)計(jì)，領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)技術(shù)分析，實(shí)行綜合評(píng)價(jià)，還包括機(jī)械系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)等有關(guān)部分。由此可知，方案設(shè)計(jì)以及領(lǐng)域技術(shù)分析所對(duì)應(yīng)的就是普通設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)，而綜合評(píng)價(jià)以及系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容就是普通設(shè)計(jì)中具體設(shè)計(jì)。在機(jī)器人實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，其運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)會(huì)涉及到很多方面內(nèi)容，包括機(jī)器人機(jī)構(gòu)、誤差檢測(cè)辨識(shí)以及軌跡規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)，還包括軟硬件補(bǔ)償技術(shù)、振動(dòng)與防治，還有動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)及關(guān)節(jié)柔性等有關(guān)方面內(nèi)容，因而需要傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)以及控制系統(tǒng)，還包括電子系統(tǒng)及制造工藝與裝配等有關(guān)各個(gè)方面技術(shù)作為支持，另外，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)形式對(duì)于支持技術(shù)系統(tǒng)有關(guān)方法及方式也具有決定性作用。因此，運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與傳動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)，還有支撐系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)，彼此之間存在并行設(shè)計(jì)協(xié)作關(guān)系，從而使其它機(jī)械系統(tǒng)方案和其它相關(guān)系統(tǒng)方案之間能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)，使設(shè)計(jì)能夠更加有效可靠，并且更加便捷。對(duì)于系統(tǒng)綜合，其主要就是在整體上協(xié)調(diào)機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組成，并且評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。在這一設(shè)計(jì)過程中，需要注意避免不同支撐技術(shù)方案之間出現(xiàn)沖突，通過對(duì)各種支撐技術(shù)方案進(jìn)行引導(dǎo)與處理，使其其完善與統(tǒng)一，并且組織設(shè)計(jì)方案，具體進(jìn)行實(shí)施[2-3]。

3 結(jié)語

在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，并行設(shè)計(jì)模式屬于比較有效的一種模式，并且也是比較理想的一種模式，通過并行設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用，可使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加具有科學(xué)性及合理性。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要合理應(yīng)用并行設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，從而保證機(jī)器人整體設(shè)計(jì)能夠取得更加滿意的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮慧娟，苗青，樊勝秋，王海龍.工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2019（02）：100-101+104.

[2]張魯浩，賈茜，張四弟，常超.全方位移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2019，41（02）：35-38.

[3]侯曉磊.移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2019（01）：197.