摘要：在对工业机器人进行市场调查、功能分析的基础上，对机器人进行模块划分，将工业机器人分为4种通用模块，分别是执行器模块、绕z轴旋转臂模 块、绕x (y)轴俯摆臂模块及底座平台模块，这4种模 块间共有3种通用的标准接口。用户设计机器人产品时，只需要根据实际工况选择合适的模块种类，按照标准的方式进行模块装配，即可完成机器人设计，极大地提高了工业机器人的设计效率。
关键词：机器人;模块化设计;标准接口
0 引言
“中国制造2025”提出，要围绕工业机器人的应用要求，积极研发新产品，促进机器人向标准化、模块化方向发展，扩大机器人的市场应用。据 推 测，未 来30年机器人技术将处于高速增长阶段，能适应如今迅速变化的 工 作 环 境 的 工 业 机 器 人 将 有 大 量 的 社 会 需求[1]。而目前工业机器人设计周期长、成本高，每种机器 人 构 型 应 用 范 围 有 限，难 以 适 应 市 场 要 求 和 市 场变化。为解决上述问题，提出一种工业机器人的模块化参数化设计方法，用户通过模块选择、模块尺寸确定、模块装配即可完成满足工况要求的工业机器人结构设计，设计方法简单，加工周期短，产品质量高，维护保养方便，产品成本低，具有较大的市场潜力[2]。
1 模块划分及接口设计
1.1 模块划分方法及理论在对工业机器人进行市场调查与功能分析的基础上，将机器人产品分成一系列相对通用的功能模块，并定义模块的接口及各模块要求。模块划分时要考虑的因素如下[3-5]：(1)模块划分的原则是以尽可能少的模块组成更多产品。(2)模块结构及功能有一定的独立性和完整性。(3)为了保证相同功能模块的互换和不同功能模块的组合，模块应具有可组合性和可互换性两个特征。
1.2 模块划分及各模块功能本文以关节型机器人为研究对象，关节型机器人由连杆通过关节交替连接而成。将关节型机器人分为4种单元模 块[6-7]，如图1所 示。图1中，约 定 平 行 于机器人连杆方向的轴为z轴，垂直于机器人连杆方向的轴为x、y轴。
1.3 接口设计机器人各单元模块的不同系列通过标准的接口进行连接。接口种类要尽可能少，接口的连接要简单、稳定、可靠，以便于模块之间的快速组合。基于此，设计了如图2所示的3种接口。接口一用于连接 AB、AD、BB;接口 二 用 于 连 接 AC、BC、CC;接 口 三 用 于 连 接CB、BD、CD。
2 工业机器人模块化参数化设计的实现
2.1 机器人模块化参数化实现流程进行机器人模块化参数化设计时，用户先根据实际工况确定模块种类、数量及装配方式，再逐项确定机器人各模块的尺寸参数，从而确定机器人的机械本体结构。不同的尺寸参数、模块种类和数量对应结构相似、尺寸不同的机器人。机器人模块化参数化设计流程如图3所示。
2.2 搬运机器人模块化参数化实现案例以某工况搬运机器人为例进行模块化设计，抓取对象为长50mm、宽60mm、高50mm 的长方体，质量为0.5kg。经计算，机器人的最大工作半径为1740mm。
2.2.1 搬运机器人模块选择为完成搬运任务，选择5个模块组成机器人，分别是执行器模块、绕z 轴旋转关节、2个绕x(y)轴俯 摆关节及底座平台。
2.2.2 搬运机器人参数确定从执行器末端开始，机器人连杆的长度分别为100mm、160mm、250mm、410mm。所选某品牌减速电机型 号 分 别 为 2 个 YN80-40 和 ZL28-0.75-15S、ZF32-0.75-30S，电 机 轴 径 分 别 为 10 mm、10 mm、28 mm、32mm。同理，其他参数可以从电机样本图中查得。由于篇幅限制，仅列出绕x(y)轴俯摆关节模块中各零部件的参数，如表1所示。
2.3 机器人总图设计根据机器人零部件参数表，构建组成搬运机器人各模块零部件(如表2所示)的三维模型并将其组装成机器人的各个模块，再将各模块装配起来，最终完成特定工况下工业机器人的设计。搬运机器人装配图如图4所示。
3 结论本文提出了一种工业机器人模块化设计方法。经验证，这种工业机器人设计方法切实可行，对其他机器人的模块化设计也具有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 王田苗，陶俑.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报，2014，50(9)：1-13.
[2] 刘极峰，易际明.机器人技术基础[M].北 京：高 等 教 育 出版社，2006.
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