摘要：在對工業機器人進行市場調查、功能分析的基礎上，對機器人進行模塊劃分，將工業機器人分為4種通用模塊，分別是執行器模塊、繞z軸旋轉臂模 塊、繞x (y)軸俯擺臂模塊及底座平臺模塊，這4種模 塊間共有3種通用的標準接口。用戶設計機器人產品時，只需要根據實際工況選擇合適的模塊種類，按照標準的方式進行模塊裝配，即可完成機器人設計，極大地提高了工業機器人的設計效率。

　　關鍵詞：機器人;模塊化設計;標準接口

　　0 引言

　　“中國制造2025”提出，要圍繞工業機器人的應用要求，積極研發新產品，促進機器人向標準化、模塊化方向發展，擴大機器人的市場應用。據 推 測，未 來30年機器人技術將處于高速增長階段，能適應如今迅速變化的 工 作 環 境 的 工 業 機 器 人 將 有 大 量 的 社 會 需求[1]。而目前工業機器人設計周期長、成本高，每種機器 人 構 型 應 用 范 圍 有 限，難 以 適 應 市 場 要 求 和 市 場變化。為解決上述問題，提出一種工業機器人的模塊化參數化設計方法，用戶通過模塊選擇、模塊尺寸確定、模塊裝配即可完成滿足工況要求的工業機器人結構設計，設計方法簡單，加工周期短，產品質量高，維護保養方便，產品成本低，具有較大的市場潛力[2]。

　　1 模塊劃分及接口設計

　　1.1 模塊劃分方法及理論在對工業機器人進行市場調查與功能分析的基礎上，將機器人產品分成一系列相對通用的功能模塊，并定義模塊的接口及各模塊要求。模塊劃分時要考慮的因素如下[3-5]：(1)模塊劃分的原則是以盡可能少的模塊組成更多產品。(2)模塊結構及功能有一定的獨立性和完整性。(3)為了保證相同功能模塊的互換和不同功能模塊的組合，模塊應具有可組合性和可互換性兩個特征。

　　1.2 模塊劃分及各模塊功能本文以關節型機器人為研究對象，關節型機器人由連桿通過關節交替連接而成。將關節型機器人分為4種單元模 塊[6-7]，如圖1所 示。圖1中，約 定 平 行 于機器人連桿方向的軸為z軸，垂直于機器人連桿方向的軸為x、y軸。

　　1.3 接口設計機器人各單元模塊的不同系列通過標準的接口進行連接。接口種類要盡可能少，接口的連接要簡單、穩定、可靠，以便于模塊之間的快速組合。基于此，設計了如圖2所示的3種接口。接口一用于連接 AB、AD、BB;接口 二 用 于 連 接 AC、BC、CC;接 口 三 用 于 連 接CB、BD、CD。

　　2 工業機器人模塊化參數化設計的實現

　　2.1 機器人模塊化參數化實現流程進行機器人模塊化參數化設計時，用戶先根據實際工況確定模塊種類、數量及裝配方式，再逐項確定機器人各模塊的尺寸參數，從而確定機器人的機械本體結構。不同的尺寸參數、模塊種類和數量對應結構相似、尺寸不同的機器人。機器人模塊化參數化設計流程如圖3所示。

　　2.2 搬運機器人模塊化參數化實現案例以某工況搬運機器人為例進行模塊化設計，抓取對象為長50mm、寬60mm、高50mm 的長方體，質量為0.5kg。經計算，機器人的最大工作半徑為1740mm。

　　2.2.1 搬運機器人模塊選擇為完成搬運任務，選擇5個模塊組成機器人，分別是執行器模塊、繞z 軸旋轉關節、2個繞x(y)軸俯 擺關節及底座平臺。

　　2.2.2 搬運機器人參數確定從執行器末端開始，機器人連桿的長度分別為100mm、160mm、250mm、410mm。所選某品牌減速電機型 號 分 別 為 2 個 YN80-40 和 ZL28-0.75-15S、ZF32-0.75-30S，電 機 軸 徑 分 別 為 10 mm、10 mm、28 mm、32mm。同理，其他參數可以從電機樣本圖中查得。由于篇幅限制，僅列出繞x(y)軸俯擺關節模塊中各零部件的參數，如表1所示。

　　2.3 機器人總圖設計根據機器人零部件參數表，構建組成搬運機器人各模塊零部件(如表2所示)的三維模型并將其組裝成機器人的各個模塊，再將各模塊裝配起來，最終完成特定工況下工業機器人的設計。搬運機器人裝配圖如圖4所示。

　　3 結論本文提出了一種工業機器人模塊化設計方法。經驗證，這種工業機器人設計方法切實可行，對其他機器人的模塊化設計也具有一定的借鑒作用。

　　參考文獻：

　　[1] 王田苗，陶俑.我國工業機器人技術現狀與產業化發展戰略[J].機械工程學報，2014，50(9)：1-13.

　　[2] 劉極峰，易際明.機器人技術基礎[M].北 京：高 等 教 育 出版社，2006.

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