機器人機械系統并行設計的模式探討

趙森 呂忠偉

摘 要：隨著目前智能技術不斷快速發展，機器人在實際生產及生活中也有著越來越廣泛的應用，并且發揮著十分重要的作用。為能夠使機器人得以更好應用，使其功能得到更好的發揮，需要對機器人進行科學合理設計，并且在設計過程中需要選擇科學合理的設計模式，以保證設計符合實際需求。本文主要就機器人機械系統并行設計的模式進行分析，從而為更好實現機器人機械系統的合理設計奠定較好基礎與支持。

關鍵詞：機器人;機械系統設計;并行設計;模式

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

在機器人設計過程中，機械系統設計屬于十分重要的內容及組成部分，也是整體設計中的關鍵內容。在機器人機械系統設計中，并行設計屬于比較重要的一種設計模式，也是比較科學的一種方法，可使機械系統設計得到比較理想的效果，因而合理應用并行系統設計模式，從而實現機器人機械系統的科學合理設計也就十分必要，可使設計水平及有效性得到更理想的保障。

1 機器人機械系統設計特點

首先，復雜性特點。就機器人機械結構的整體而言，其相當于通過關節將一系列懸臂杵件進行串連的開式鏈，然而由于誤差以及變形不斷產生，在對結構實行設計過程中，不但要使開鏈結構能夠保證靈活性以及能動性，并且對于該結構所產生運動傳遞以及誤差補償、消除等相關問題需要進行處理，也就導致機械結構設計相對比較復雜。

其次，依賴性特點。在整個機器人構成中，由于機械系統、感知系統及控制系統屬于構成一個整體，存在十分密切的聯系，因而在機械系統整體設計過程中，其設計方案、結構方案等，需要在確定感知系統及控制系統的方法、方式及手段的基礎上才能夠得以實現，因而具有依賴性特點。

再次，協調性特點。對于機器人機械系統而言，其形式及實現手段等方面因素，對于控制系統結構以及其復雜程度等方面均會產生直接影響，并且對于其它系統部件具體結構，以及安裝與調控也會產生影響，因而在對機械系統進行設計過程中，需要協調其它各個系統，在此基礎上才能夠使系統設計取得更加理想的效果，滿足實際設計需求[1-2]。

2 機器人機械系統并行設計模式

2.1 機器人設計普通模式

在機器人整體設計過程中，其主要分為三個方面流程，首先就是概念設計，也就是依據定義任務將機器人執行要求確定，也就是依據定義任務將機器人執行要求確定，其內容主要包括操作對象、負荷以及速度與精度等內容，并且需要設計機械系統方案。其次，實行初步設計，對于這一點主要包括對機械結構實行設計分析，確定傳感器以及控制策略，還有伺服系統設計及模塊化。再次，實行詳細設計，其包括的內容主要就是詳細機械設計，詳細電子設計，還有系統綜合設計。對于每個設計過程中而言，若無法通過評價，則需要返回初始點或者上一層設計過程中實行設計。對于這種由下而上進行的串行設計方式，其對于機器人系統整體優化會產生十分不利的影響，并且還會導致設計過程有所延長，因而這種設計方式并不適用于機器人機械系統的整體設計。

2.2 機械人機械系統的并行設計模式

對于并行設計而言，其所指的就是在開始進行產品的開發設計時便需要對產品生命周期中各個方面相關的影響因素進行充分考慮，通過對各個環節進行并行集成，使產品開發時間能夠得以縮短，使產品設計質量能夠得以有效提升，使產品設計成本得以有效降低。對于機電一體化產品機器人而言，其自身便屬于高技術集成而得到的，涉及到機械、控制以及電子與計算機等各個方面的高新技術，因而在對機器人機械系統進行設計過程中需要對機械運動及傳動、電子電氣及計算機應用技術、控制理論及方法等相關學科相互交叉及滲透的有關技術作為支持。依據機器人系統設計要求及特點，通過對并行設計思想進行利用，可得到機械系統的并行設計模式。

2.3 機器人機械系統并行設計模式分析

在機器人機械系統的設計過程中，其并行設計模式的構成主要包括具體方案設計，領域內相關技術分析，實行綜合評價，還包括機械系統具體設計等有關部分。由此可知，方案設計以及領域技術分析所對應的就是普通設計中的概念設計，而綜合評價以及系統具體設計所對應的內容就是普通設計中具體設計。在機器人實際設計過程中，其運動方案設計及傳動方案設計會涉及到很多方面內容，包括機器人機構、誤差檢測辨識以及軌跡規劃等相關技術，還包括軟硬件補償技術、振動與防治，還有動力學參數辨識及關節柔性等有關方面內容，因而需要傳動系統、機構運動以及控制系統，還包括電子系統及制造工藝與裝配等有關各個方面技術作為支持，另外，機器人運動及傳動形式對于支持技術系統有關方法及方式也具有決定性作用。因此，運動方案設計與傳動裝置方案設計，還有支撐系統分析設計，彼此之間存在并行設計協作關系，從而使其它機械系統方案和其它相關系統方案之間能夠實現協調，使設計能夠更加有效可靠，并且更加便捷。對于系統綜合，其主要就是在整體上協調機械系統內各個組成，并且評價設計方案。在這一設計過程中，需要注意避免不同支撐技術方案之間出現沖突，通過對各種支撐技術方案進行引導與處理，使其其完善與統一，并且組織設計方案，具體進行實施[2-3]。

3 結語

在機器人機械系統的實際設計過程中，并行設計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，通過并行設計模式的應用，可使機械系統設計更加具有科學性及合理性。所以，相關設計人員需要合理應用并行設計模式實現機械系統的科學合理設計，從而保證機器人整體設計能夠取得更加滿意的效果。

參考文獻：

[1]馮慧娟，苗青，樊勝秋，王海龍.工業機器人機械結構模塊化設計[J].機械工程與自動化，2019（02）：100-101+104.

[2]張魯浩，賈茜，張四弟，常超.全方位移動機器人控制系統設計[J].制造業自動化，2019，41（02）：35-38.

[3]侯曉磊.移動機器人控制系統設計[J].電子世界，2019（01）：197.