手动机器人作为一种结构相对简单、成本可控且适用于特定作业场景（如教学演示、轻型装配或精密调整）的机械设备，其机械部分的设计、制造与装配是一个系统性的工程过程。本文将围绕机械结构设计、CAD图纸绘制、设备制造以及装配调试四大核心环节，详细阐述其完整流程与技术要点。
一、 机械结构方案设计
手动机器人的机械设计首要任务是明确功能需求与性能指标，如负载能力、工作空间、自由度数量（通常为3-5个自由度）、操作精度及手动驱动方式（如手柄、旋钮直接驱动关节）。设计需遵循稳定性、刚性、轻量化及人机工程学原则。常见结构包括：
- 基座与立柱：提供稳定支撑，多采用铸铁或厚钢板焊接件以增加惯性、抑制振动。
- 关节与连杆：实现旋转或移动自由度。关节设计需考虑轴承选型（如深沟球轴承、圆锥滚子轴承）以保障转动平滑、低摩擦；连杆需在减轻重量与保证刚度间取得平衡，可选用铝合金型材或空心钢管。
- 末端执行器安装接口：标准化设计（如法兰盘），便于更换不同工具。
- 传动与锁定机构：由于是手动操作，传动多采用直接耦合或简单的齿轮/蜗杆副以实现增力或精确调节；每个关节需设计机械锁定装置（如锁紧螺钉、棘轮），确保定位后保持姿态。
二、 CAD零件图与装配图绘制
利用计算机辅助设计（CAD）软件（如SolidWorks, AutoCAD, Inventor）完成详细设计是制造的前提。
- 零件图绘制：对每一个非标机械零件（如定制连杆、关节支座、专用法兰），需绘制详细的零件图。图纸必须包含完整的几何形状、所有尺寸（含公差）、形位公差、表面粗糙度要求、材料规格（如6061铝合金、45号钢）及热处理等技术要求。例如，关键轴承配合孔需标注尺寸公差（如H7）以确保装配精度。
- 装配图绘制：在总装配图中，需清晰表达所有零件的相互位置关系、装配顺序与连接方式（如螺栓、销钉）。应包含总体尺寸、关键性能尺寸（如各关节运动范围）、零件清单（BOM表）以及必要的装配技术要求（如“装配后各关节转动应灵活无卡滞”）。通过三维CAD软件进行虚拟装配与运动仿真，可提前检查干涉并优化结构。
三、 机械设备制造工艺
依据CAD图纸，进行零部件加工与制备。
- 材料下料与成型：根据图纸进行锯切、剪切或激光/等离子切割。
- 机械加工：通过车、铣、钻、磨等机床作业，获得精确的尺寸与形状。关键配合面和高精度孔系需在数控机床（CNC）上完成。
- 结构件处理：焊接件需进行应力退火以消除内应力；根据要求对零件进行热处理（如调质、表面淬火）以提高硬度与耐磨性。
- 表面处理：根据需要进行喷砂、阳极氧化（铝件）、镀铬或喷漆，以提高耐腐蚀性与美观度。
四、 装配与调试
装配是将设计转化为实体的关键一步，应遵循由内到外、由基础到部件的顺序。
- 准备工作：清洁所有零件，准备标准件（轴承、螺栓、垫圈）及工具（扭力扳手、百分表）。
- 部件装配：首先完成子组件的装配，如将轴承压入关节孔内，安装轴与密封件。
- 总装：从基座开始，依次安装立柱、大臂关节、连杆、小臂关节直至末端法兰。确保各结合面贴合，按规定的扭矩拧紧连接螺栓。在装配过程中，需实时检查各运动部件的灵活性。
- 调试与校准：装配完成后，进行全行程手动操作，检查是否有干涉、异响或过紧/过松现象。使用水平仪、直角尺等工具校准基座水平及各关节的初始零位。必要时，调整垫片或重新紧固以消除间隙或变形。验证末端执行器接口的定位精度与重复性。
手动机器人机械部分从设计到落成，是一个从概念到图纸，再从图纸到实物的严谨过程。优秀的设计（通过CAD充分表达）是基础，精良的制造是保障，而细致规范的装配调试则是实现设计意图、确保设备性能的最后关键。整个流程环环相扣，要求机械工程师与技师具备扎实的理论知识与丰富的实践经验。
