机器人设计方案怎么写，工业机器人设计步骤

这个开发流程单拉哪个环节出来都够写一个长文，这里只能简单说一下我自己的认识。

按照时间顺序，一个批量机器人产品的开发由以下几个流程组成：1. 需求分析和产品定义。产品管理人员在这个阶段搜集市场信息，走访客户，了解竞争对手，最终总结出一种产品需求，以及需求所针对的典型行业和典型工艺。

根据市场提出市场预期，一年能卖多少台，目标价格区间，目标行业应用的现状和发展趋势等。根据需求，提出一份产品性能指标，定量的具体的对预期产品进行产品功能层面的描述，例如使用环境，工作范围，最高速度，额定负载，实现某典型工艺轨迹的时间，IP等级，电源类型，重量限制，使用寿命，需要遵循哪些认证和标准等等。

这里需要的技能是对行业，对市场，对成本，对公司战略，对其他开发环节和生产制造过程的综合认识以及商业敏感。这是在长期工作中慢慢建立起来的。

2. 前期研究和可行性分析 针对前一步提出的产品性能指标，机械，仿真，驱动，电气，软件领域的工程师开始从各自的技术角度对指标进行评估。主要从技术可行性和成本两个方向切入，期间还需要采购和生产人员的协助。

目标是确定在技术和成本间是否存在一个可盈利的平衡点。在这个阶段另一个重要内容是对竞争对手相似产品进行详尽的分析和测试，尽可能把对手的经验转化为自己产品的优势。

本阶段结束后会得到一个概念方案，并且对开发周期和成本有了估计。这些内容会以可行性分析报告，项目计划，成本分析，风险评估等形式成为输出文档供管理层决策是否正式开始开发项目。

在这个阶段各个领域都会有资深的工程师参加。各个领域涉及的知识和技术会在后面其他开发阶段介绍。

3. 计算与仿真 前面的概念方案虽然缺乏大部分细节，但依靠大致的尺寸，负载，速度，典型工艺轨迹等信息已经可以对产品进行粗略的建模和仿真计算。依照概念方案中的几何尺寸信息可以建立机器人的运动学模型。

在这样的基础上，外部负载是已经定义，自然质量负载和摩擦力根据经验估计，这样可以进一步获得动力学模型。以目标速度和轨迹作为输入进行动力学仿真就获得了两项重要的数据：a. 各驱动轴扭矩；b. 各关节受力情况；其中前者作为驱动系统开发和选型的依据，而后者是机械结构设计的依据。

仿真计算工作是机器人开发过程中系统层和元件层的接口，面向产品功能的性能指标在这里被转化为面向技术实现的各元件性能参数。在这个阶段格外需要经典力学，多体动力学仿真，对机械系统，电气系统以及控制理论的综合知识要有深刻的理解。

需要熟练使用仿真计算工具，Matlab/Simulink, Modelica, Adams， 或各种机器人领域内的软件。当然工具的使用并不是最重要的，对知识的理解永远是第一位。

4. 驱动系统选型开发 驱动系统包括从电源，伺服驱动器，电机，到减速机的一系列元件，更多被叫做powertrain。因为不同元件涉及的领域差别较大，通常由电力电子（power electronic），伺服电机，减速机三个领域的工程师合作完成。

根据经仿真计算得出的转速扭矩需求，在上述三个领域内的产品内选择已有的标准型号，在标准型号的基础上进行优化，或开发新型号。这里设计的三个元件驱动器，伺服电机，减速机是工业机器人最核心的三个零部件，承载了物理层的大部分关键技术，也是元件成本的大头。

三个元件都是工业系统中的常用元件，但对性能要求与其他应用（除了精密加工和航空航天）比要高一些。因为安装空间有限且封闭，在紧凑型和热量管理上的要求尤其高。

在这个阶段，工程师需要对相关领域的知识有深入理解，例如电力电子，电机驱动与控制 （基于空间向量），电机（主要是无刷永磁电机）设计，电机相关的电磁学，各种减速机设计和应用，轴承与润滑等。如果不涉及元件开发只是选型则需要对各种元件的性能参数有深入的理解，且有大量应用经验。

5. 机械设计 常规的运动系统机械设计。设计输入有以下几方面，一是经过仿真计算的机械部分子系统性能指标（长度，空间运动范围，重量），二是各节点受力分析，三是驱动系统的安装要求，四是功能性能指标中对安装方式和应用环境的要求。

综合这些输入，机械工程师需要选择适当的材料，设计合理的结构实现以上要求。其中力学分析结果作为有限元分析的输入，由机械工程师对设计进行有限元计算，验证结构的强度。

知识结构上：机械设计，材料，有限元，熟悉相关标准，了解各种加工工艺（铸造，压铸，塑料成型，钣金，焊接），熟练使用CAD软件（ProE, UG, Catia, Inventor），有限元计算，还有更重要的，经验，经验，经验。6. 控制柜设计 典型的工业驱动控制系统电气柜设计。

柜体为驱动系统中的电源和启动器，控制系统中的工控计算机（大多厂商选择工控计算机而不是PLC加运动控制器方案），以及通信总线系统提供安装，操作，维护的环境。布局，热量管理，以及相关设计标准（IEC, UL, GB, CE）的执行是关键。

知识体系：低压电气系统设计，伺服驱动系统应用，电气柜风道和散热设计，本质安全，现场总线的连接，各种设计标准。熟练使用CAD软件（Eplan, Autodesk）。

Holle！大家好！我是赫赫有名的吴博士，让我们乘坐时光机（是我自己发明的）超越到987598670年。来看看我伟大的发明之一——智能机器人吧！

智能机器人物美价廉，它不但会干家务活，还有其他一些特别的功能。机器人身上有好多按钮，都是关于做家务的，只要按一下需要做的家务，机器人就会马上去做。做家务的时候它非常细心，只要发现一点垃圾，就会把它清理干净，让你家变得一尘不染。

智能机器人除了会整理房间外，它还会看家，你会想：要是小偷进来了怎么办呀？没关系，机器人肚子里有一台微型电脑，一旦发现小偷，就立即进行扫描，如果有可疑的地方，它会赶紧把小偷抓住，拨打110。

当你心情不好的时候，机器人会给你讲笑话、放音乐，让你的心情立刻好起来。

当我遇到不会做的题目时，它会像老师一样耐心地提示我，讲解给我听。

哎哟，讲了这么久，肚子都饿得咕咕叫了！只好麻烦一下“神厨”做一盘牛排啦。只见它右手拿起一个平底锅，手上一下冒出十几个火头，左手打开冰箱，将新鲜牛排和各种调料眼花缭乱地扔进锅里。不出5分钟，一盘香喷喷，还“滋滋”冒油的牛排便端到我的面前。我尝了一口，哇！外酥里嫩，美味极了！没想到机器人做的牛排也这么好吃，以后可以随时享口福了！

我也是机械设计的，我认为出机械设计方案主要包括以下几个方面的信息：

1、大致总装图，能让客户知识你所设计的机械基本内部结构；

2、重要零件的材料，把客户想要知道的重要零件的材料提供出来；

3、重要零件的大致计算书，所有涉及到主要性能、结构强度、安全性方面的计算最好能同时给出；

4、如果您设计的机械与客户或其它重要单位存在接口问题（包括电气接口），请给出接口尺寸图；

5、关键尺寸，涉及到机械性能的关键尺寸，请同时给出；

6、提供给客户你所使用的国家标准和参照的方案。

我认为一个好的机械方案应包括以下六个方面。其中第1、2、4、5最好用CAD表达出来，不一定要3维CAD与三维动画。只要能在图纸上表达明白就可以了。

我想设计的机器人

我想发明的机器人有许多功能，它可以植树造林、吸收废气放出清新空气、把垃圾变成电等。

机器人的第一个功能就是植树造林。机器人会去大沙漠种上数不清的绿树绿草。一但这样，就是大沙漠也会变成绿洲；机器人的第二个功能就是把废气吸收到体内，放出清新空气。这样一来，世界的废气就几乎没有了，而清新空气会非常多；机器人的第三个功能就是用它的“吸收垃圾器”把垃圾吸收到自己的身体里，再转化成电，造福人类；机机器人的第四个功能就是去山上挖宝藏，送给穷人，一但这样，穷人就不会没钱用了；机器人的第五个功能就是进入人类的身体里，把细菌消灭，这样一来，人类的身体就会很健康了；机器人的第六个功能就是当你爸爸妈妈不在的时候，给你当全自动保姆；机器人的第七个功能就是。

这就是我做的机器人，完美吧！如果叫小朋友你来做一个机器人，你会这么做呢？

机器人家上了解到，工业机器人是一种自动化程度很高的机械产品，其设计流程即应该符合机械产品设计的一般流程，又具有其特殊性。

这里主要讨论工业机器人的机械系统设计，并且关注的是其设计流程，工业机器人机械系统的设计阶段可大致分为总体设计和详细设计。

机械系统总体设计是机器人设计的关键阶段，很大程度上决定了产品的技术性能、经济指标、外观造型。

总体结构设计可分为功能原理设计和结构总体设计两个阶段，主要内容包括功能设计、原理方案设计、总体布局、主要技术参数的确定及技术分析等内容。

对于机器人来说其机械系统总体设计主要内容有：确定基本参数、选择运动方式、手臂配置形式（构型）、驱动方式和机械结构设计等，具体如下：

(1) 根据机器人工作任务和目的来确定机器人本体的基本构型、驱动和控制方式、自由度数目。

(2) 根据机器人的共作任务、工作场地的空间布置等来确定机器人的工作空间。

(3) 根据机器人的工作任务来对机器人进行动作规划、制定各自由度的工作节拍、分配各动作时间，初步确定各自由度的运动速度。

(4) 根据机器人的工作空间，初步确定机器人各部分（各臂）的长度尺寸。

(5) 对机器人进行初步受力分析，根据受力分析结果及各关节的运动速度， 选择各关节驱动部件的基本参数（电动机和减速器的选型计算），对于速度较低的可以进行静力（ Statics）分析，对于速度较高的机械，各构件的惯性力影响比较大，要进行动力学分析（Dynamics）。

(6) 根据工作要求确定机器人的定位精度。定位精度取决于机器人的定位方式、运动速度、控制方式、机器人手臂的刚度等。

(7) 根据技术要求等确定各零件的材料和结构及加工工艺；然后验算各构件的机械强度、驱动功率和最大负载重量，验算机器人各关键部件的使用寿命。初步确定各构件的机械结构。

(8) 把机器人机械系统总体设计编写成文，编制技术（设计）任务书，并绘制系统总图（草图）、简图（草图）。

经过以上过程，完成了机器人机械系统的总体设计，接下来还需要对机器哦人机械系统进行像是设计计算，过程如下：

(1) 对关键零部件的结构进行详细设计，并对主要零部件结构、材料、关键工艺进行实验。

(2) 编写设计计算说明书，绘制主要零部件草图。

(3) 全部零件设计及编制设计文件。 以上是工业机器人机械系统设计的一般流程，通过本阶段的设计和计算，可以初步确定机器人各构件的结构、材料、工艺的要求等，完成设计算及必要的实验，完成编制全部构件的图样和设计文件。

此外，以上各步骤常需要互相配合、交叉进行。设计工作也需要多次修改，逐步逼近，一遍设计出技术先进可靠、经济合理造型美观的工业机器人。

在机器人的总体参数完成之后，就可以进行机器人驱动系统的设计计算了，驱动系统的设计除了确定驱动方式外，还需要确定驱动系统的具体参数。

在选择伺服电机和精密减速之前，还需要清楚工业机器人对驱动电机的要求，以便根据要求选择机器人的伺服电机和精密减速器，工业机器人对伺服电机的要求有：

(1) 快速性。伺服电动机从获得指令信号到完成指令所要求的动作的时间要短。响应信号的时间越短，电机私服系统的灵敏性越高，快速响应性越好，一般是以伺服电机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。

(2) 伺服电机的启动转矩与电动机本身惯量之比大。在机器人驱动负载时，要求机器人伺服电机驱动力矩大，转动惯量小。

(3) 控制特性的连续性和直线性。随着控制信号的变化，电动的转速能够连续的变化，有时候还需转速与控制信号成正比或近似正比。

(4) 调速范围宽。能应用与1:1000—1:10000的调速范围。

(5) 体积小、质量小、轴向尺寸小。

(6) 能经受起苛刻的运行条件，可进行频繁的正反转和加减速运行，并能在短时间内有较好的过载能力。 机器人的减速器应具有刚度大、输出转矩高、减速比范围大，回程间隙小、润滑好等特点。 当前RV减速器、谐波减速器、摆线针轮减速器、行星齿轮减速器等均可以用于工业机器人，其中具有扁平结构的高精度减速器更符合工业机器人的要求而广泛应用于工业机器人中。

要想做好机器人的设计，外观设计和内部系统设计都要协调好，两者是不可区分的，首先外观设计你就结合他的功能，来设计他的外观，很简单，一个扫地机器人你总不能设计成一个送餐机器人的样子。

其次就是内部结构和系统，就是机器人的感觉系统和执行系统，用集合代表执行系统输出的所有原理，通过这个系统，探讨组装的机理，使机器人感觉到外部坏境的变化而做到变化。还有一个概念就是控制原理，控制原理是结构与环境之间的相互作用产生的，结构并不是控制，仅当环境静止时，才收到控制。

也不是所有的结构都能产生有效的控制，所以机器人的程序设计也是很重要。