Общие требования к конструкции манипулятора. Существуют различные способы установки промышленных роботов (напольные, подвесные, портальные, встроенные). Это первый фактор, определяющий конструкцию робота. На конструкцию также влияют желаемые форма, размеры и расположение рабочей зоны манипулятора, требования необходимой точности позиционирования и процессов движения, максимальные скорости и ускорения, упругая податливость звеньев, собственные частоты. Важный фактор – требуемая грузоподъемность робота, а также допустимые его габаритные размеры и масса.

Существенно отражаются на конструкции манипуляторов робота виды и мощности устанавливаемых приводов, а также их расположение – непосредственно у КП, соединяющих звенья, или в основании робота с соответствующими передаточными механизмами, или же в смешанном варианте. Передаточные механизмы в манипуляторе предназначены для передачи движения от двигателей к основным звеньям. В качестве передаточных используются различные виды механизмов и передач: рычажные, зубчатые, мальтийские, шарико-винтовые, зубчато-ременные, волновые и др. Степень сложности передаточного механизма зависит от расположения двигателей. Если двигатель расположен на соседнем звене от звена, к которому передается движение, то передача получается весьма простой, однако в этом случае двигатель находится на подвижном звене и перемещается вместе с манипулятором. Если двигатель расположен на основании, то передаточный механизм сильно усложняется: передаточные кинематические цепи образуют вместе с основными звеньями сложную многозвенную механическую систему с несколькими степенями свободы [5].

Играют роль и способы передачи движений (зубчатые механизмы, цепные передачи и др.). В разработке конструкции робота учитываются и эксплуатационные требования, такие как ремонтопригодность и удобство обслуживания, потребляемая мощность и источники энергопитания, стоимость и надежность функционирования, защита от агрессивной среды, взрыво- и пожаробезопасность. Учитываются типы захватных устройств и их сменяемость (в том числе автоматическая), способы крепления рабочих инструментов, наличие системы технического зрения и др. Система управления роботом обычно разделена: манипулятор робота несет на себе датчики обратных связей по положению и скорости в каждой кинематической паре, а также в ряде случаев датчики усилий в кисти, несущей захватное устройство. Основная часть системы управления действиями робота, включая электронные блоки, микроЭВМ или микропроцессорные устройства, помещается в отдельной стойке с соответствующими линиями связи с манипулятором робота, средствами очувствления и с обслуживаемым технологическим оборудованием.

Унификация промышленных роботов. Большое значение имеет унификация промышленных роботов, поскольку ПР применяются для автоматизации выполнения самых различных технологических процессов. Обычно устанавливается некоторая базовая модель манипулятора для определённого ряда условий его применения. Эта базовая модель может быть использована для нескольких конструкций, различающихся компоновкой некоторых унифицированных узлов – модулей. Это касается и концевой части манипулятора (набор различных схватов, устройства крепления инструментов и т.д.). Из базовой модели манипулятора с шестью степенями подвижности могут компоноваться манипуляторы с меньшим их числом, путём изъятия некоторых узлов.

Унификация промышленных роботов охватывает различные их свойства. Роботы разбиваются на группы по грузоподъёмности: сверхлёгкие (до 1 кг), лёгкие (от 1 до 10 кг), средние (от 10 до 200 кг), тяжёлые (от 200 до 1000 кг), сверхтяжёлые (более 1000 кг).

Конструкции роботов и их манипуляторов унифицируются и по другим признакам: по типу привода, типу кинематики, числу степеней подвижности, наибольшему перемещению по каждой степени, быстродействию (скорости, ускорения), погрешности позиционирования.

Получило развитие агрегатно-модульное построение конструкций манипуляторов, а также приводов и систем управления роботов. Унифицированными модулями могут служить отдельные звенья манипулятора. Агрегатно-модульный принцип применяется также и к узлам конструкций крепления оснований роботов: напольные (неподвижные и подвижные), подвесные и портальные. Агрегатно-модульный принцип построения роботов – это конструирование из типовых узлов и модулей. Роботы этого типа не обладают избыточностью на конкретных операциях и в то же время универсальны. Недостатки агрегатно-модульных роботов по сравнению с универсальными при большом числе степеней подвижности – увеличение массы и снижение жесткости.

При компоновке многих роботов придаётся большое значение статическому уравновешиванию манипулятора в различных пространственных его положениях, чтобы манипулятор был загружен от действия сил тяжести его звеньев, благодаря чему энергия приводов в основном идёт на перемещение груза. Это позволяет поставить приводы соответственно меньшей мощности, а значит, и меньших весов и габаритов, что облегчает всю конструкцию манипулятора.

Уравновешивание сил тяжести звеньев достигается чаще всего установкой специальных пружинных механизмов, с помощью которых можно частично скомпенсировать статические моменты, создаваемые весом перемещаемого груза.