工作站的設計是一項較為靈活多變、關(guān)聯(lián)因素甚多的技術(shù)工作，其中具有共性的一般設 計原則有：設計前需要充分分析作業(yè)對象，擬定Z合理的作業(yè)工藝；需要滿(mǎn)足作業(yè)的功能要 求和環(huán)境條件；需要滿(mǎn)足生產(chǎn)節拍要求；整體及各組成部分需要全部滿(mǎn)足安全規范及標準； 各設備及控制系統應具有故障顯示及報警裝置；便于維護修理；操作系統應簡(jiǎn)單明了，便于 操作和人工干預；操作系統便于聯(lián)網(wǎng)控制；工作站便于組線(xiàn)；經(jīng)濟實(shí)惠，快速投產(chǎn)等10項。 這10項設計原則體現了工作站用戶(hù)的多方面需要，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是千方百計地滿(mǎn)足用戶(hù)的要 求。限于篇幅，下面只對更具特殊性的幾項原則展開(kāi)討論。

(1)工作站的功能要求和環(huán)境條件

機器人工作站的生產(chǎn)作業(yè)是由機器人連同它的末端執行器、夾具和變位機以及其他周邊 設備等具體完成的，其中起主導作用的是機器人，所以這一設計原則先在選擇機器人時(shí)必 須滿(mǎn)足。滿(mǎn)足作業(yè)的功能要求，具體到選擇機器人時(shí)，可從三方面加以保證：有足夠的持重 能力，有足夠大的工作空間和有足夠多的自由度。滿(mǎn)足環(huán)境條件可由機器人產(chǎn)品樣本的推薦 使用領(lǐng)域加以確定。下面分別加以討論。

①確定機器人的持重能力。機器人手腕所能抓取的質(zhì)量是機器人一個(gè)重要性能指標， 習慣上稱(chēng)為機器人的可搬質(zhì)量，這一可搬質(zhì)量的作用線(xiàn)垂直于地面(機器人基準面)并通過(guò) 機器人腕點(diǎn)P 。 一般說(shuō)來(lái)，同一系列的機器人，其可搬質(zhì)量越大，它的外形尺寸、手腕基點(diǎn) (P) 的工作空間、自身質(zhì)量以及所消耗的功率也就越大。

在設計中，需要初步設計出機器人的末端執行器，比較準確地計算它的質(zhì)量，按照下式 初步確定機器人的可搬質(zhì)量RG。

RG=(MG+GG+QG)K1

式中 MG——末端執行器主體結構質(zhì)量；

GG——Z大工件的質(zhì)量；

QG——末端執行器附件質(zhì)量；

K₁——安全系數， K₁=1.0～1.1。

在某些場(chǎng)合，末端執行器比較復雜，結構龐大，例如一些裝配工作站和搬運工作站中的 末端執行器。因此，對于它的設計方案和結構形式，應當反復研究，確定出較為合理可行的 結構，減小其質(zhì)量。如果末端執行器還要抓取或搬運工件，就要按Z大工件的質(zhì)量GG 進(jìn)行 計 算 ；QG 是除末端執行器的主體結構外，其他附件質(zhì)量的總和，比如氣動(dòng)管接頭、氣管、 氣動(dòng)閥、電氣元器件，導線(xiàn)和線(xiàn)夾等； K1 是 安 全 系 數 ， 當MG 、GG 和 QG3 項 之 和 與 機 器 人自搬質(zhì)量的標準值有 一 定余量時(shí)，可以不考慮K₁, 此 時(shí) ，K1 可 取 1 ; 當 上 述 3 項 之 和 與 某 一 標準值非常接近時(shí)，取 K₁>1, 通常情況下，末端執行器的質(zhì)量越大，機器人手腕基 點(diǎn)的動(dòng)作范圍越大，以及機器人的運行速度越高， K₁ 的取值就越大，反之，可取小值。

另外，末端執行器重心的位置對機器人的可搬質(zhì)量是有影響的。同 一 質(zhì)量的末端執行 器，其重心位置偏離手腕中心 (P) 越遠，對該中心形成的彎矩也就越大，所選擇的機器人 可搬質(zhì)量就要更大 一 些。

質(zhì)量參數是選擇機器人Z基本的參數，決不允許機器人超負荷運行。例如使用可搬質(zhì)量 為 6 0kg 的機器人攜帶總重為65kg 的末端執行器及負載長(cháng)時(shí)間運轉，必定會(huì )大大降低機器 人的重復定位精度，影響工作質(zhì)量，甚至損壞機械零件，或因過(guò)載而損壞機器人控制系統。

②確定機器人的工作空間。機器人的手腕基點(diǎn)P 的動(dòng)作范圍就是機器人的名義工作空 間，它是機器人的另 一 個(gè)重要性能指標。在設計中，先根據質(zhì)量大小和作業(yè)要求，初步設 計或選用末端執行器，然后通過(guò)作圖找出作業(yè)范圍，只有作業(yè)范圍完全落在所選機器人的P 點(diǎn)工作空間之內，該機器人才能滿(mǎn)足作業(yè)的范圍要求。否則就要更換機器人型號，直到滿(mǎn)足 作業(yè)范圍要求為止。

③確定機器人的自由度。機器人在持重和工作空間上滿(mǎn)足對機器人工作站或生產(chǎn)線(xiàn)的 功能要求之后，還要分析它是否可以在作業(yè)范圍內滿(mǎn)足作業(yè)的姿態(tài)要求。如圖7 - 1(a) 所 示 的簡(jiǎn)單堆垛作業(yè)，作為末端執行器的夾爪，只需繞垂直軸的1個(gè)旋轉自由度，再加上機器人 本體的3個(gè)圓柱坐標自由度，4個(gè)自由度的圓柱坐標機器人即可滿(mǎn)足要求。若用垂直關(guān)節型 機器人，由于上臂常向下傾斜，又需手腕擺動(dòng)的自由度，故需5個(gè)自由度的垂直關(guān)節型機器 人。圖7 - 1(b) 表示電子插件作業(yè)，常使用4個(gè)自由度水平關(guān)節的SCARA 機器人。為了焊 接復雜工件， 一 般需要6個(gè)自由度。如果焊體簡(jiǎn)單，又使用變位機，在很多情況下5個(gè)自由 關(guān)節機器人即可滿(mǎn)足要求。自由度越多，機器人的機械結構與控制就越復雜，所以在通常情 況下，如果少自由度能完成的作業(yè)，就不要盲目選用更多自由度的機器人去完成。

總之，在選擇機器人時(shí)，為了滿(mǎn)足功能要求，需要從持重、工作空間、自由度等方面來(lái) 分析，只有它們同時(shí)被滿(mǎn)足或者增加輔助裝置后即能滿(mǎn)足功能要求的條件，所選用的機器人 才是可用的。

機器人的選用也常受機器人市場(chǎng)供應因素的影響，所以，還需考慮市場(chǎng)價(jià)格，只有那些 可用而且價(jià)格低廉、性能可靠，且有較好的售后服務(wù)，才是Z應該優(yōu)先選用的。

目前，機器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域里得到了廣泛應用，如裝配、焊接、噴涂和搬運碼垛等。 各種應用領(lǐng)域必然會(huì )有各自不同的環(huán)境條件，為此，機器人制造廠(chǎng)家根據不同的應用環(huán)境和 作業(yè)特點(diǎn)，不斷地研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出了各種類(lèi)型的機器人供用戶(hù)選用。各生產(chǎn)廠(chǎng)家都對自 己的產(chǎn)品給出了Z合適的應用領(lǐng)域，他們不光考慮了功能要求，還考慮了其他應用中的問(wèn) 題，如強度剛度、軌跡精度、粉塵及溫濕度等特殊要求。在設計工作站選用機器人時(shí)，應 先參考生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品說(shuō)明。