工業機器人配套機械裝置的設計過程分析

劉建中

（廣州市嘉特斯機電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

機器人既是先進制造業的關鍵支撐裝備，也是改善人類生活方式的重要切入點。大力發展機器人關鍵零部件及其配套裝置也被列為我國《機器人產業發展規劃（2016—2020年）》的主要任務之一[1]。機器人作業的品質和效率最終取決于其配套裝置，本文對工業機器人配套機械裝置的設計過程進行了一定深度與廣度的框定，能較快速有效地提高從業人員的設計效率以及準確性和完整性。

1 設計過程

在工業機器人相關配套機械裝置設計前，第一步需先確定設計的依據：即生產工藝要求與實現該工藝機器人需發生的工況；第二步再進行該作業單元機器人的選型與相關的機械配套設計；第三步進行整套機器人裝置設計參數校核。機器人裝置的擺放位置與其執行過程設計必須是在滿足該工序作業單元的技術要求和該生產線整體工藝規劃的基礎上進行的，其設計過程可以按照設計依據確定、設計工作實施和設計結果校核三大步驟進行。

2 設計依據確定

設計依據主要是來自產品的生產工藝要求和客戶的相關偏好，設計者依據客戶要求進行機器人選型與相關配套設計工作。部分要求難以實現或存在更好實現方式的，必須在前期與客戶進行協商變更，設計人員與客戶共同審圖確認后方可進行配套裝置的細部設計和投產。前期需確認基本事項如表1所示。

表1 工藝與工況確認的事項內容

3 設計工作實施

工業機器人機械配套裝置的設計主要是依工藝要求圍繞機器人本身和執行裝置展開的，在設計前首先對機器人型號進行選定，不同工作環境需選擇防護等級合適的機器人，機器人在燃燒、液體與爆炸可能的環境不可用[2]，具體依據工況需向機器人廠家與使用方進行咨詢與確認。選型項如表2所示。

表2 機器人選型決定因素內容

配套機械裝置的工況必須在機器人允許的條件下，如末端執行裝置的質量及其重心位置必須在選定機器人的額定范圍內，其設計內容主要為機器人固定裝置、末端執行裝置和安全防護裝置三大部分。固定與執行裝置歸納如表3所示。

表3 機器人固定與執行裝置內容

在機器人配套的固定裝置與末端執行裝置設計完成后，需進行周邊安全防護裝置設計，防護的嚴格程度按照國家標準和客戶特殊要求。機械防護設計主要用來實現人機隔離，并與電氣程序進行聯鎖，確保機器人作業單元在生產和維護時的安全。常用機械防護的結構形式及要求如表4所示。

表4 機器人安全防護裝置內容

4 設計結果校核

對設計結果需進行負載、節拍計算和姿態、范圍模擬。可以根據經驗進行定性、定量的判斷，或采用仿真軟件或三維機械設計軟件進行仿真，歸納如表5所示。

表5 配套裝置的設計校核內容

5 結語

本文對工業機器人配套的機械裝置主要設計過程、內容以及相關要求進行了總結與說明，從設計依據確定到設計過程分解再到最終設計校核均做了實用層次的方法歸納和說明，對設計人員準確、快速完成設計任務能起到切實的指導作用。

[1]工業和信息化部，發展改革委，財政部.機器人產業發展規劃（2016—2020年）：工信部聯規〔2016〕109號[A].

[2]上海發那科機器人有限公司.機器人培訓教材[Z]，2007.

[3]蔣剛，龔迪琛，蔡勇，等.工業機器人[M].成都：西南交通大學出版社，2011.