仿生外觀設(shè)計是模仿自然界生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能來設(shè)計機器人,使機器人能夠更好地適應(yīng)特定的環(huán)境或完成特定的任務(wù)。例如模仿鳥類的撲翼飛行器,通過模仿鳥類翅膀的運動方式,實現(xiàn)更的飛行;模仿魚類的水下機器人,其身體形狀和游動方式都與魚類相似,能在水中靈活穿梭。仿生設(shè)計不僅能提高機器人的性能,還能為設(shè)計帶來獨特的美感。在進行仿生設(shè)計時,需要深入研究生物的生理特征和行為模式,將其轉(zhuǎn)化為機器人的設(shè)計元素,同時還要考慮到工程實現(xiàn)的可行性和成本效益。
傳動結(jié)構(gòu)的作用是將動力源的動力傳遞到機器人的各個運動部件,實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換和運動的傳遞。常見的傳動方式有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動和絲桿傳動等。齒輪傳動具有傳動效率高、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點,常用于機器人的關(guān)節(jié)傳動,能實現(xiàn)較大的傳動比和的運動控制。帶傳動則具有傳動平穩(wěn)、噪聲小、能緩沖吸振等特點,常用于對運動平穩(wěn)性要求較高的場合,如機器人的同步帶傳動,可實現(xiàn)電機與執(zhí)行部件之間的遠距離傳動。鏈傳動適用于較大中心距、低速重載的場合,如一些大型搬運機器人的鏈條傳動。絲桿傳動則常用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,具有精度高、傳動效率高的特點,常用于機器人的直線運動機構(gòu),如手臂的伸縮和升降。
在機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,需要對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,以提高機器人的性能和降低成本。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化等。拓撲優(yōu)化是在給定的設(shè)計空間、載荷工況和約束條件下,尋求材料在結(jié)構(gòu)中的分布形式,以達到提高結(jié)構(gòu)性能、減輕重量的目的。例如,通過拓撲優(yōu)化可以設(shè)計出更加合理的機器人機身結(jié)構(gòu),在保證強度和剛度的前提下,減輕機身重量,降低能耗。形狀優(yōu)化是對結(jié)構(gòu)的外形進行優(yōu)化,以改善結(jié)構(gòu)的力學性能和外觀。尺寸優(yōu)化則是對結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)進行優(yōu)化,如桿件的長度、截面尺寸等,以滿足強度、剛度和穩(wěn)定性等要求,同時降低成本。在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時,通常需要借助計算機輔助工程(CAE)軟件,如有限元分析軟件,對結(jié)構(gòu)進行模擬分析和優(yōu)化計算。
協(xié)作機器人強調(diào)與人類的協(xié)作,其結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足、靈活和易用等要求。在方面,協(xié)作機器人通常采用柔軟的外殼材料和低沖擊力的結(jié)構(gòu)設(shè)計,以減少對人類的傷害。同時,協(xié)作機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計要便于操作和編程,一般采用直觀的人機交互界面,讓非專業(yè)人員也能輕松上手。此外,協(xié)作機器人還需要配備高精度的傳感器,如力傳感器、視覺傳感器等,以便實時感知周圍環(huán)境和人類的動作,實現(xiàn)、的協(xié)作。