工业机器人配套机械装置的设计过程分析

刘建中

（广州市嘉特斯机电制造有限公司，广东广州510850）

0 引言

机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点。大力发展机器人关键零部件及其配套装置也被列为我国《机器人产业发展规划（2016—2020年）》的主要任务之一[1]。机器人作业的品质和效率最终取决于其配套装置，本文对工业机器人配套机械装置的设计过程进行了一定深度与广度的框定，能较快速有效地提高从业人员的设计效率以及准确性和完整性。

1 设计过程

在工业机器人相关配套机械装置设计前，第一步需先确定设计的依据：即生产工艺要求与实现该工艺机器人需发生的工况；第二步再进行该作业单元机器人的选型与相关的机械配套设计；第三步进行整套机器人装置设计参数校核。机器人装置的摆放位置与其执行过程设计必须是在满足该工序作业单元的技术要求和该生产线整体工艺规划的基础上进行的，其设计过程可以按照设计依据确定、设计工作实施和设计结果校核三大步骤进行。

2 设计依据确定

设计依据主要是来自产品的生产工艺要求和客户的相关偏好，设计者依据客户要求进行机器人选型与相关配套设计工作。部分要求难以实现或存在更好实现方式的，必须在前期与客户进行协商变更，设计人员与客户共同审图确认后方可进行配套装置的细部设计和投产。前期需确认基本事项如表1所示。

表1 工艺与工况确认的事项内容

3 设计工作实施

工业机器人机械配套装置的设计主要是依工艺要求围绕机器人本身和执行装置展开的，在设计前首先对机器人型号进行选定，不同工作环境需选择防护等级合适的机器人，机器人在燃烧、液体与爆炸可能的环境不可用[2]，具体依据工况需向机器人厂家与使用方进行咨询与确认。选型项如表2所示。

表2 机器人选型决定因素内容

配套机械装置的工况必须在机器人允许的条件下，如末端执行装置的质量及其重心位置必须在选定机器人的额定范围内，其设计内容主要为机器人固定装置、末端执行装置和安全防护装置三大部分。固定与执行装置归纳如表3所示。

表3 机器人固定与执行装置内容

在机器人配套的固定装置与末端执行装置设计完成后，需进行周边安全防护装置设计，防护的严格程度按照国家标准和客户特殊要求。机械防护设计主要用来实现人机隔离，并与电气程序进行联锁，确保机器人作业单元在生产和维护时的安全。常用机械防护的结构形式及要求如表4所示。

表4 机器人安全防护装置内容

4 设计结果校核

对设计结果需进行负载、节拍计算和姿态、范围模拟。可以根据经验进行定性、定量的判断，或采用仿真软件或三维机械设计软件进行仿真，归纳如表5所示。

表5 配套装置的设计校核内容

5 结语

本文对工业机器人配套的机械装置主要设计过程、内容以及相关要求进行了总结与说明，从设计依据确定到设计过程分解再到最终设计校核均做了实用层次的方法归纳和说明，对设计人员准确、快速完成设计任务能起到切实的指导作用。

[1]工业和信息化部，发展改革委，财政部.机器人产业发展规划（2016—2020年）：工信部联规〔2016〕109号[A].

[2]上海发那科机器人有限公司.机器人培训教材[Z]，2007.

[3]蒋刚，龚迪琛，蔡勇，等.工业机器人[M].成都：西南交通大学出版社，2011.