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簡說:機器人手臂設計須考慮的要素

2022-07-15科學

一、功能/效能要求

1.自由度,你需要這個作業臂有多「靈活」。這涉及機械臂的基本結構,比如:最少幾個主動關節?要多少驅動元件?

2.末端運動速度作業範圍。在手臂根部不移動的情況下,需要作業臂末端能「夠到」多大的範圍、需要運動多快。這個維度主要考慮作業臂的「尺度」和「構型」(可能要考慮用「串聯」機器人或是「並聯」機器人,當然,你也可以理解「串聯」是「並聯」的特例)。

3.負載,即你要機械臂幹的這個事兒需要它的「末端」能承受多大的力。相應的要考慮作業臂的尺寸、關節驅動元件設計或選型。

4.作業環境。一般至少要考慮機器人手臂作業過程中,容納它的空間有多大。要考慮機器人作業臂全工作過程、任何部位、都不能超出這個「容納它的空間」。

5.再考慮一些細分的要求。比如:靈巧空間、精度……

二、成本要求

機器人的「關節」和「臂桿」構成了機械臂的主要成本。(先不算控制器的賬,)

1. 關節關鍵部件的選型/設計。這裏就拿「采購電機」來打比方(先不考慮自研關節電機)。同樣效能下,機器人關節成本可以「會意」的表示為:「運動控制演算法」×「關節電機成本」,前者對應「研發成本」,後者對應「量產後的整機成本」。如果你做的量少,可以考慮用非常昂貴的馬達(比如:FAULHABER,MAXON電機再加配套驅動器),你的運動控制可以省點心;如果你想用廉價的電機,把機器人量產邊際成本壓到最低,就要猛懟運動控制演算法,顧2個博士專門搞也不為過。

2.臂桿的選材。當然是越輕、越解釋、越便宜越好。需要根據將來機器人作業臂的價值來綜合考慮。

三、藝術(審美)要求

這部份不展開說了,感覺跟技術不相關,但其實很多問題需要技術人員解決。這裏只說幾個關鍵詞,希望您設計時註意展開調研:

走線設計(考慮中空軸馬達、傳動件……)、用到工廠還是家庭、恐怖谷效應