探究工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化

1、探究工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化? 探究工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化 盧小海 武昌首義 學(xué)院機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 湖北武漢 430000 摘 要：工業(yè)行業(yè) 作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，并且在不斷發(fā)展的過程中， 逐漸將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到其中，這樣不僅僅提升工業(yè)生產(chǎn)的 效率，也避免人力、物力等資源的浪費(fèi)，保證我國工業(yè)行業(yè) 良好的經(jīng)濟(jì)效益。 因此，本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化， 進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和闡述，希望對(duì)我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，給 予進(jìn)一步的支持。 關(guān)鍵詞： 工業(yè)機(jī)器人； 結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化 工 業(yè)機(jī)器人是人們是我國工業(yè)行業(yè)發(fā)展中的重要一項(xiàng)技術(shù)發(fā) 明，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)不僅僅提升了良好的生產(chǎn)效率，改變 了傳統(tǒng)手工

2、作業(yè)的形式，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量也有著一定程度 上的提高。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，其生產(chǎn)環(huán)境經(jīng)常是 存在著一定危險(xiǎn)性，對(duì)工作人員命安全造成一定程度上的影 響。 一、工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析 我國工業(yè)行業(yè)在研發(fā)工業(yè)機(jī) 器人的過程中，主要是利用交流電機(jī)和減速器兩種構(gòu)件，并 且是由回轉(zhuǎn)機(jī)體、腕部、大臂和小臂等幾個(gè)部分組成。從工 業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)上來看，第一結(jié)構(gòu)為數(shù)值的方向旋轉(zhuǎn)，這也是 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的核心，并且在底部底座安裝電視；第二環(huán) 節(jié)相當(dāng)于任意的肩關(guān)節(jié)，其整個(gè)軸線應(yīng)當(dāng)處于水平的方向， 并且將大臂纏繞在該軸線上面；第三環(huán)節(jié)就是工業(yè)機(jī)器人的小臂和手腕；然而第四環(huán)節(jié)正是為帶動(dòng)第三環(huán)節(jié)所設(shè)置的； 第五環(huán)節(jié)為工業(yè)機(jī)

3、器人在俯仰的運(yùn)用；第六環(huán)節(jié)主要是工業(yè) 機(jī)器人旋轉(zhuǎn)運(yùn)用。 另外，在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的過程中，主 要是利用 windows 系統(tǒng)作為主要的操作平臺(tái)， 并且可以兼顧 很多的功能，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度。 因此， 在工 業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)模式，保證各 項(xiàng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行中的連續(xù)性。 二、工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式 方法分析 (一)動(dòng)力仿真學(xué)優(yōu)化 動(dòng)力仿真學(xué)主要是根據(jù)工業(yè) 生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際需求，展開具體的應(yīng)用形式，從而滿足我國 工業(yè)行業(yè)發(fā)展的需求。那么，可以從以下幾點(diǎn)展開： (1)在 動(dòng)力仿真學(xué)優(yōu)化的過程中，應(yīng)當(dāng)給工業(yè)機(jī)器人各個(gè)環(huán)節(jié)的最 大加速度和最大運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)速度，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定和規(guī)范，

4、以此保證末端運(yùn)行的速度。 (2)在動(dòng)力仿真學(xué)優(yōu)化的過程中， 一定保證工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到苛刻的位姿，并且在末端加入相 應(yīng)的慣性矩足的最大負(fù)載量。同時(shí)，在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的過 程中， 由初始的狀態(tài)逐漸進(jìn)行加速、 勻速、 減速運(yùn)動(dòng)等方面， 以此保證工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行模式處于水平位置伸展的模式， 從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)空間的苛刻姿態(tài)，這樣可以為后面結(jié)構(gòu)的優(yōu) 化，提供了相對(duì)便利的條件。另外，針對(duì)仿真的狀態(tài)，可以 得到各個(gè)環(huán)節(jié)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其運(yùn)行速度可以利用下面 的公式表達(dá)： 或者 。 其中， Tm 為與有效負(fù)載轉(zhuǎn)矩； wm為轉(zhuǎn)速， w1、w2 和 w3 分別為：加速過程、勻速過程和減速過程，同時(shí)減速過程應(yīng)當(dāng)是處于平

5、均角速度；t1、t2 和 t3分別為：加速時(shí)間、勻速時(shí)間和減速時(shí)間； T1、 T2 和 T3 環(huán)節(jié)是加速過程中的最大力矩、勻速過程的平均力矩，以及 減速過程的最大力矩。 （二 ）整機(jī)優(yōu)化 同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人在 水平全伸展姿態(tài)的時(shí)候，各個(gè)姿態(tài)若是處于相對(duì)較為惡劣的 環(huán)境，此時(shí)的變形量會(huì)處于最大值。并且，從圖 1 上面，可 以進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)分析，若是處于水平姿態(tài)的狀態(tài)下，應(yīng)力 主要是分布在工業(yè)機(jī)器人的腰部和大臂。 圖 1 工業(yè)機(jī)器人 整機(jī)的中變形量和應(yīng)力總圖 另外，從圖 2 中可以看出，在 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的過程中，經(jīng)常有一些部位會(huì)發(fā)生共振的現(xiàn) 象，例如：大臂、小臂和腰部、整機(jī)、底座、腰部、大臂、 肘

6、部、小臂、腕關(guān)節(jié)等。因此，在優(yōu)化的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各 個(gè)部分進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整， 根據(jù)從大到小的速度， 比如： 大臂、 腰部、小臂、底座、肘部、腕關(guān)節(jié)等方面。 圖 2 工業(yè)機(jī)器 人的動(dòng)態(tài)振型圖分析 除此之外，在工業(yè)機(jī)器人整體優(yōu)化的 過程中，也可根據(jù)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、變形量等方面，進(jìn)行相應(yīng)的 優(yōu)化，根據(jù)在運(yùn)行中的重要性，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和排列，像 是：大臂、腰部、小臂、底座、肘部和腕關(guān)節(jié)等方面，以此 保證供工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的連續(xù)性，展現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的先進(jìn) 性，這對(duì)我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展也是非常有利的。 三、結(jié)語 綜 上所述，本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了一定的了解和分 析，并且在此基礎(chǔ)之上，對(duì)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提出一 些就建議，例如：動(dòng)力仿真學(xué)、整機(jī)等方面，主旨就是保證 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行的連續(xù)性，為其工業(yè)的生產(chǎn)效率的提升，提 供了重要的支持力量， 促進(jìn)了該行業(yè)的發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 1 管貽生,鄧休,李懷珠 ,尹振能,吳文強(qiáng) ,江勵(lì).工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 分析與優(yōu)化 J. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ),2013,09： 126-131. 2趙旭寧,舒啟林,牛保國 ,王儒.基于多目標(biāo)函數(shù)的 工業(yè)機(jī)器人平衡系統(tǒng)優(yōu)化 J. 機(jī)床與液壓 ,2016,11：