１.操作機整機設計原則
（1）最小運動慣量原則 由于操作機運動部件多，運動狀態經常改變，必然產生沖擊和振動，采用最小運動慣量原則，可增加操作機運動平穩性，提高操作機動力學特性。為此，在設計時應注意在滿足強度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質量，并注意運動部件對轉軸的質心配置。
（2）尺度規劃優化原則當設計要求滿足一定工作空間要求時，通過尺度優化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于操作機剛度的提高，使運動慣量進一步降低。
（3）高強度材料選用原則 由于操作機從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負載起作用的，選用高強度材料以減輕零部件的質量是十分必要的。
（4）機器人手臂的平衡 平衡機器人操作手臂的重力矩優點如下：
·如果是噴漆機器人，則便于人工手把手示教。
·使驅動器基本上只需克服機器人運動時的慣性力，而忽略重力矩的影響。故可選用體積較小、功耗較小的驅動器。
·免除了機器人手臂在自重下落下傷人的危險。
·在伺服控制中因減少了負載變化的影響，因而可實現更精確的伺服控制。
一般機器人操作機因1軸轉塔旋轉，故不要平衡，4、5、6軸的手臂往往因重力很小，也不要平衡，故要平衡的是2、3軸手臂的重力矩。
1）配重平衡機構：此種機構原理如圖2a所示。設手臂質量為m1，配重質量為m2，因關節中心在同一直線上，則不平衡力矩為
M1＝m1glcosγ
配重產生的力矩為
M2＝m2gl′cosγ
靜力平衡條件為
M1＝M2
即 m1l＝m2l′
這種平衡機構簡單，平衡效果好，易于調整，工作可靠，但增加了手臂的慣量和關節的負載，適用于不平衡力矩較小的情況。
2）彈簧平衡機構：其原理如圖2b所示，臂的不平衡力矩為
M1＝M11-M12＝mglcosγ-Ia
式中 M11——靜不平衡力矩；
M12——慣性力矩；
I——手臂對關節軸的轉動慣量；
a——臂運動平均加速度。
彈簧產生的平衡力矩為
式中 k——彈簧剛度；
l′——彈簧在手臂上安裝點到關節軸的距離；
e——彈簧另一端安裝點到關節軸的距離；
R——彈簧自由長度。
靜力平衡條件為
M2＝M11
動力平衡條件為
M2＝M11+M12
這種平衡機構結構簡單，平衡效果也較好，工作可靠，適用于中小負載，但平衡范圍較小。
3）氣缸平衡機構：這種平衡機構原理如圖2c所示。手臂不平衡力矩為
M1＝M11+M12＝mglcosγ+Ia
汽缸產生的平衡力矩為
式中 F——汽缸活塞推力；
其余參數同上。
靜力平衡條件為
M2＝M11
動力平衡條件為
M2＝M11+M12
汽缸平衡機構多用在重載搬運和點焊機器人操作機上，液壓的體積小，平衡力大；氣動的具有很好的阻尼作用，但體積較大。
（5）機器人動力學分析 機器人因各軸的重力矩均已基本平衡，故在這些軸運轉時，電動機主要需克服的是由各軸轉動慣量所帶來的動力矩。
1軸：經分析，當機器人末端伸到最遠處時，1軸運轉起來的轉動慣量為最大。計算可得到此處1軸的轉動慣量J1如起動時間取為T1，則動力矩為
M1＝J1ω1/T1
2軸：經分析，當小臂相對于大臂的夾角為最大時，2軸運轉起來的轉動慣量為最大，經計算可得到此處2軸的轉動慣量為J2。如起動時間取為T2，則動力矩為
M2＝J2ω2/T2
3軸：機器人小臂相對于大臂上部中心運轉起來的轉動慣量即是3軸的轉動慣量。同理有
M3＝J3ω3/T3
4軸：4軸無重力矩平衡裝置，故4軸電動機既要克服起動時的動力矩，也要克服運轉時由手腕和負載引起的重力矩。經計算，得出4軸的轉動慣量，繼而計算出4軸所需的傳動扭矩。
5軸：5軸也無重力矩平衡裝置，故5軸電動機也是既要克服起動時的動力矩，也要克服運轉時由手腕和負載引起的重力矩。經計算，得出5軸的轉動慣量，繼而計算出的5軸所需的傳動扭矩。
6軸：6軸也無重力矩平衡裝置，故6軸電動機也是既要克服起動時的動力矩，也要克服運轉時由手腕和負載引起的重力矩。經計算，得出6軸的轉動慣量，繼而計算出的6軸所需的傳動扭矩。
（6）電動機的選用 選用好交流伺服電動機，是操作機設計的關鍵。由于機器人要求結構緊湊、重量輕、運動特性好，故希望在同樣功率的情況下，電動機重量要輕、外形尺寸要小。特別是裝在機器人橫臂或立臂內部的電動機，重量要盡可能輕，外形尺寸要盡可能小。
根據動力學計算得到的各軸所需的傳動扭矩，除以減速器的減速比，再將傳動鏈的效率，如減速機的效率、軸承的效率和齒輪的效率等考慮進去，并考慮各軸所需的轉速（運動耦合因素也要考慮在內），就可以選用電動機了。
在選用時要注意，交流伺服電動機的速度是可調節的，且在相當大的轉速范圍內電動機輸出的轉矩是恒定的，故選用電動機時只要電動機的額定轉速大于各軸所需的最高轉速就行。
同時還要注意與交流伺服電動機配置在一起的位置編碼器的選用，并注明電動機是否需要帶制動器等。
（7）減速器的選用 機器人上所用的減速器，常見的有RV減速器和諧波減速器。
RV減速器具有長期使用不需再加潤滑劑、壽命長、剛度好、減速比大、低振動、高精度、保養便利等優點，適用于在機器人上使用。它的傳動效率為0.8，相對于同樣減速比的齒輪組，這樣的效率是很高的。
它的缺點是重量重，外形尺寸較大。
諧波減速器的優點是重量較輕，外形尺寸較小，減速比范圍大，精度高。
機器人設計中，一般1、2、3軸均采用RV減速器，4、5、6軸常用諧波減速器。
（8）機器人臂體校核 機器人的手臂要進行強度校核和剛度校核，在滿足強度和剛度的情況下，手臂要盡可能采用輕型材料，以減少運動慣量，并給平衡機構減少壓力。
（9）機構零件校核
1）軸承校核：設計中所用的所有重要軸承都要經過強度校核。在滿足尺寸和強度要求的情況下，盡可能地選用國產軸承，以降低機器人的成本。
2）軸的校核：設計中所用的所有較重要的軸都要經過強度校核和剛度校核。
3）齒輪選用：設計中所用的所有齒輪都要經過強度校核。
4）鍵及花鍵：設計中所用的所有較重要的鍵及花鍵都要經過強度校核。
5）銷與螺釘：設計中所用的所有較重要的銷與螺釘都要經過強度校核。
（10）機械加工工藝性考慮校核 機器人的設計要充分考慮加工裝配的方便，且要便于維修和調整。
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