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摘要：机械手臂的设计是当前机器人科学研究范围中的热点。基于此本文考虑的主要是机械手臂在模块化设计上的重量和使用的材料以及移动速度上的优化设计。在对基础条件给予满足的基础下，使用最小化机械手臂的质量，去完成自动化动作的设计来满足相关要求。
关键词：机械手臂；优化设计；质量
机械手臂的类型很多，每种类型的手臂在结构上都有非常明显的差异。这种差异的问题在于它包含根据特殊要求设计的电子电路和圆棒。另外，出于经济和美学要求，设计使用强度相同的零件（即每个零件的压力相同但尺寸不相等）。机械臂轴承是必不可少的组件，可确保手和腕部自动操作。机械臂的主要功能是允许手臂牢牢抓住物体并按照自动说明完成所需的位置处置。这是需要在负载下设计的手臂，手臂结构设计的质量很小。
1方案设计
本文通过对于机械臂结构进行分析的基础上，给出了机械手臂的模块化设计与自动化操作探究方案，针对机械臂采用模块化的拆分，从而通过这样的方式对于多个模块给予优化，然后使用硬件进行连接的方式把进行优化之后的多个模块去完成连接使其能够完成自动化运动。通过机械臂中配置的控制模块能够把机械臂电机、位置传感器和相关控制器高效的进行集成，最后通过适当的整合，使其能够构成一个相对完善的机械臂运动系统。机械臂在结构优化上的侧重点在于针对机械臂的一些主要位置给予模块化的设计和系统的优化。使用这样的一种模块化的结构设计所需要进行开发的周期相对较短，并且机械效率十分理想，结构中的每一个部分都能够保持紧凑；模块选择的设计方法十分的标准，模块之间具备十分良好稳定的兼容性，并且在日后的使用上便于日常维护。并且，由于缺少互动模块，因此作为设计人员能够提出按照自由度和自由组合的方式去完成模块组合，这样的一种方式降低了机械臂在开发中消耗的成本，通过针对机械臂模块化的设计，设计控制的形式相对比较简便，并且控制的耦合性以及控制效率和其他的控制模式相比有一定程度的提升，除此之外机械手臂系统通过多个模块之间的合理链接也可以十分便捷的完成链接和所需要的使用。
模块化中的机械手的每一个关节都可以将其认定为是机械手臂中的分界点，一些关节的连接基本能够被当是基础关节中的一部分，除此之外执行组件以及需要进行连接的接头同样也是本地机械手臂的系统基础。因此按照机械臂关节能够将其分成几个单独运动的一种结构配置，在这样一种类型的机械臂可以自由活动的程度一旦高出六的时候，机械臂工作空间在运动学处置上的方案则会被关闭。系列多连杆模块化机械臂结构本身具备的优点十分明显，因此这样一种配置在当前使用的范围十分的广泛。
2机械手臂关节结构优化选型
对于机械臂结构给予优化需要尤其注意的一个方面就是对于机械臂关节结构方式进行合理的选取，结构优化当前主要是针对机械臂传动设备和旋转设备与制动设备给予相关优化。机械臂的关节部分能够被非常输入端子以及输出端子。关节位置的电动输入部分，输入端子要求对于关节自身的制动设备给予有效的优化配置，通过这样的方式能够让制动装置以及机械臂下一部分关节能够快速的完成输入和输出的连接，前一级的输入以及后一级的输出能够使用平行设置或者是使用垂直设置的方式去完成设置。假如选择垂直设置的方式，则尽可能的应该选择涡轮蜗杆的形式，可是涡轮蜗杆的形式可能对于机械臂自身的制动带去一定程度的影响，所以当前很多机械臂关节的输入设备以及输出之间使用的都是一种平行的形式去完成连接。这样一种平行的形式也能够将其分成两种，分别为中心轴平行以及轴距平行。例如，“精神”火星车机械臂配置的关节就是选择了是轴距平行的形式。此样一种形式的结构自身比较简单并不复杂、能量传递的效率也相对比较理想、传输的距离相对较短，但是这样一种连接形式占据的空间相对较大，多个部分都要求十分严格的完成尺寸的控制，通过这样的方式会使得整体系统的成本有所提升。轴距平行的形式包含了两种模式的选择，一种是输入和输出的轴线之间需要保持一种平行的联系，可是这样的一种联系却会在距离上产生偏差，无法共线，虽然这样的一种形式方式尽可能的降低了机械臂自身的活动空间，可是却使得电能在传送上的距离变得更长，导致能耗增加，所以，此种模式极少被使用到。此外的一种的模式则是输入设备以及输出端垂直的链接，这样一种形式虽然硬件设施的连接较为复杂，可是因为控制装置自身的结构相对比较小一些，可以尽量的减少空间的大小，减少空间上的成本，所以这样的一种形式被普遍的使用。
合理的完成机械臂关节控制设备的相关设计，在对控制设备的方向进行选择时，需要把侧重点放在侧重谐波控制器件以及齿轮减速器件上的选择，在选择完成核心的器件后，需要对方案的可行性给予适当的分析。
如图3把原本结构的两条水平强化筋变成十字形的加强筋，同时把强化筋伸至支架边缘。去除一侧的翻边。在不减少原本结构其他方向刚度的状况下提升弯曲的刚度，便于提升支架的原本的频率。改进之后挡泥板支架的前四阶原本频率都有着显著的提升（见图4），一阶弯曲原本频率从最初的27.5Hz提升至86Hz，其提升了213%，远远的超出了发动机怠速激振的频率。其并不会产生怠速的共振问题，因此可以对具体的使用要求给予满足。
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图3
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一阶模态振型（频率86Hz）
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二阶模态振型（频率152Hz）
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三阶模态振型（频率359Hz）
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四阶模态振型（频率504Hz）
结论
通过完成前挡泥板支架有限元分析模型的设置，针对处于约束情况下挡泥板支架原本的频率给予有效的分析，并且其能够与整车在具体运行中的激振频率构成一种比较明显的对比，这样的一种对比会对激振频率相同的模态振型进行分析，除此之外还需要对支架的结构给予合理调整，使得支架局部刚度不断提升，只有这样的情况下才能够让原本频率远超出激振的频率，同时还能够有效的防止共振，让支架可以与具体的使用要求保持契合。
参考文献
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