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提高机器人结构刚度及关节精度的方法

目前，各种机器人在人们生产生活中的应用越来越广泛，而在许多场合下机

器人需具有移动的能力才能完成任务。机器人作为最典型的机电一体化数字化装

备，技术附加值高、应用范围广。作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新

兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。随着企业自动化水平

的不断提高，机器人自动化生产线的市场会越来越大，将逐渐成为自动化生产线

的主要形式。

标签：机器人；结构刚度；关节精度

引言

工业机器人是集自动控制技术、传感技术、计算机技术等多种现代先进技术

于一体的智能化装备。工业机器人从上岗一直持续不断工作，直至更换，大大提

高了生产效率；在某些危险工作环境下，采用工业机器人代替工人，有效改善了

劳动环境，保障了工人人身安全；由于程序控制，工业机器人定位更加精确，加

工精度更高，也提高了产品的质量。

1 工业机器人优势

改革开放以来，我国依托丰富的劳动力资源参与国际分工，在对外贸易和经

济发展方面取得了举世瞩目的成绩。然而，随着经济的持续发展和人口红利的逐

渐消失，外贸出口尤其是制造业出口面临严峻挑战，制造业急需找到新的途径以

替代日益稀缺的劳动力资源。受益于新一代信息技术的发展，工业机器人的技术

和工艺日臻成熟，生产成本和使用成本快速下降，在重复性、精细化、智能化和

信息化方面较人工有着显著的优势。

2 机器人刚度的优化方法

刚度是影响机器人加工性能的重要指标。基于机器人钻孔加工系统中工业机

器人的柔性模型，定义了机器人加工性能的定量评价指标。通过选择优化性能指

标的刀具姿态进行钻孔作业，保证沉头孔加工深度和孔的轴向精度。图 1（a）

为钻孔机器人的初始姿态，图 1（b）为机器人优化后的姿态。此外，通过机器

人末端钻孔执行器施加压紧力可以提高系统的整体刚性，有效地提高了钻孔稳定

性和孔径加工精度。采用绳驱动的冗余驱动方式提升机器人的静态特性及刚度特

性，如图 2（a）所示，该方法主要针对大载荷加工。图 2（b）为冗余驱动在 Tricept

系统中的应用。然而，绳索冗余驱动限制了机器人的工作范围。

3 基于双电机驱动的机器人关节及本体设计

3.1 机器人关节结构设计

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