探讨工业机器人叉型手腕的机械结构设计

探讨工业机器人叉型手腕的机械结构设计

朱海

贵州航天乌江机电设备有限责任公司  563003

【摘要】随着我国综合实力的提升，工业水平也实现了飞速发展，对各行各业的进步提供了重要支持。目前，对于工业机器人的需求快速增长，但实际在应用工业机器人的时候还存在较多问题亟待解决，尤其是我国发展时间较短，对于工业机器人的叉型手腕的机械结构设计需要进一步改进。基于此，本文首先针对工业机器人的发展和影响进行了简单的阐述，并进一步对工业机器人叉型手腕的结构设计进行了多角度论述，希望对我国工业机器人的有序健康发展有一定的借鉴作用。

【关键词】工业机器人；叉型手腕；机械结构设计

随着时代的发展社会的进步，科学技术也实现了跳跃式提高，尤其是工业机器人的应用，促进了市场和社会的快速发展，在制造业中应用机器人，能够大大提高生产效率和生产质量，改变了传统的岗位结构和岗位空缺。但是，实际在应用工业机器人的时候依然存在较多问题，需要进一步对工业机器人的机械结构设计重新进行设计完善，为各行业的发展提供重要支持。

一、工业机器人发展及影响

工业机器人最早在上世纪50年代就已经出现，经过这些年的发展，已经形成了第三代工业机器人。其中，第一代机器人主要是对预装程序的规定动作简单完成。第二代机器人通过离线计算的变成系统，使适应力大大提升。而第三代机器人，有多种类型的传感器，可以及时、实时反馈外部信息，已经初步具备了智能化。目前，各个国家正在加大对第三代工业机器人的研究力度，其中，研究比较领先的国家是日本，而我国的工业机器人有非常庞大的发展潜力，所以近些年很多核心技术开始向中国转移。但国内对于工业机器人的研究缺乏核心技术，申请专利的技术也比较少，缺乏市场竞争力。对于工业机器人来说，应用的最多的行业是汽车产业，其次就是电器电子产业。比如，目前很多工序是由工业机器人完成操作，但我国大部分自主品牌是由工人进行操作，所以在价格和质量上还存在一定的差距。这就要求我们强化工业机器人的应用密度，使产品的性价比进一步得到提升，提高我国工业机器人的核心竞争力。尤其是应用工业机器人对就业机构和劳动力市场造成巨大冲击，会取代很多低技能的工作岗位，但是会相应增加关于工业机器人的技术性岗位，例如控制、维护和调试岗位等，使就业结构变得更加高端化。

二、工业机器人叉型手腕机械结构设计概述

（一）常用结构

工业机器人叉型手腕结构中，是一种比较常见的传动方式，我国机器人厂商最初设计的样机都是采用的这种传动结构，详情见图1所示。该种类型的传动结构主要是齿轮传动，采用多轴传动，旨在减少成本，其中，四轴减速器若不是中空减速器，就需要增加一连接件，通过U形走线方式来穿过五、六轴电机的线缆。

（1）四轴电机（2）四轴电机端带轮（3）五轴电机（4）小臂壳（5）六轴电机端带轮（6）六轴同步带传动（7）六轴传动带轮（8）五轴旋转轴线（9）六轴带轮端锥齿轮;（10）六轴末端法兰（11）六轴减速器（12）六轴传动锥齿轮（13）五轴壳（14）五轴减速器（15）五轴减速器端带轮（16）五轴同步带（17）六轴电机（18）五轴电机端带轮（19）四轴减速器（20）四轴减速器端带轮（21）四轴壳（22）四轴同步带

图1 常用传动结构图

（二）叉型手腕结构

还有一种比较常见的传动结构，传动原理详情见图2所示。该结构是国产机器人比较常用的一种传动方式。该手腕结构相比较图1来说，制造加工装配难度和设计难度大大降低，而且噪声控制也做的非常好，缺陷就是增加了手腕的体积。这一结构是直接联系的五轴减速机与五轴电机，能够使小臂的横向宽度减少，但是只能在低负载的机器人结构中应用。此外，可以去掉结构中的连杆，进行同步带传动。目前，国内企业采用的该种结构的机器人有华数机器人有限公司、山东泰开机器人有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司等等。

（1）四轴电机（2）四轴电机端带轮（3）小臂壳（4）五轴电机（5）六轴电机（6）六轴末端法兰（7）六轴减速器（8）五轴壳（9）五轴减速器（10）五轴减速器端带轮（11）五轴同步带（12）五轴电机端带轮（13）四轴减速器（14）四轴减速器端带轮（15）四轴壳（16）四轴同步带

图2 叉型手腕结构传动图

三、工业机器人发展策略

（一）加大扶持力度

在整个制造行业中，工业机器人的地位变得越来越重要，国家也针对工业机器人加大了改革投入力度，并在近些年取得了非常显著的成果。国务院在2015年颁布了《中国制造2025》，并把机器人作为发展的重点内容和任务，明确了未来工业机器人的发展方向。科技部在2017年发布了《“智能机器人”重点专项2017年度项目专项申报指南》，对于工业机器人的发展也提出了明确的要求。为了加大工业机器人在制造行业的应用作用，相继颁布了很多政策进行扶持，并对政策内容逐步进行细化，确保政策的可行性。

（二）提高自主创新能力

作为一种生产工具，工业机器人能够将国家制造业的综合实力充分反映出来，尤其是对于我国来说，作为制造业大国，转型升级已经到了迫在眉睫的时刻，对于工业机器人的要求越来越多，也是目前世界上工业机器人需求量最大的国家。但是，我国的工业机器人自主化率较低，还需要对自主知识产权的核心技术加大开发的力度，不断提高自身的创新能力。对于企业来说，需要对工业机器人的研发力度加大投入，打造属于自己的品牌优势和技术优势。对于高校来说，就需要加大校企合作力度，促进校企合作的发展，促进工业机器人的核心竞争力得到提升。

四、结束语

综上所述，工业机器人在各行业的应用范围越来越广泛，起到的作用也变得越发重要，但随着工业机器人的应用，对部分低技能水平的岗位造成了一定冲击，还需要相关部门和机构加大对就业结构和岗位的妥善安置。而对于工业机器人叉型手腕的机械结构设计也需要进一步改进，对机器人的使用环境和用途充分考虑，促进机器人手腕结构更加合理，也为我国工业机器人的有序健康发展提供重要支持。

【参考文献】

[1]赵源.当前工业机器人应用中的机械结构设计方法分析[J].现代制造技术与装备. 2018(12).

[2]徐会正.喷涂工业机器人的机械结构设计[J].机器人技术与应用. 2020(01).

[3]徐会正,金晓龙.工业机器人手腕结构概述[J].工程与试验. 2015(S1).

[4]何龙,王鸿森,朱路生,等.一种工业机器人手腕传动结构的末端传动结构.中国,201910314020.9.2019.