岗位职责

一、机械结构设计与方案开发(40%)

1. 总体方案设计

· 产品概念设计:根据产品需求和技术指标,提出灵巧手和机器人模组的机械结构总体方案

· 技术路线选择:评估不同技术方案的可行性、成本和性能,选择最优技术路线

· 多学科协同:与电气、软件、工艺团队协作,进行机电一体化系统的总体设计

· 创新设计:跟踪行业前沿技术,提出创新的机械结构设计方案

2. 详细结构设计

· 三维建模:使用SolidWorks、CATIA或UG等三维软件,完成零部件的详细设计和装配建模

· 零部件设计:设计关节壳体、手指骨架、传动系统、连接件等机械零部件

· 模块化设计:遵循模块化、标准化设计原则,提升产品通用性和可维护性

· 装配关系设计:合理规划零部件装配顺序和装配工艺,确保装配效率和精度

3. 工程图纸绘制

· 二维图纸:绘制符合国家标准(GB)的二维工程图纸,标注完整的尺寸、公差、表面粗糙度等技术要求

· BOM管理:编制物料清单(BOM),管理零部件编码和版本

· 技术文档:编写设计说明书、装配说明书等技术文档

二、传动系统设计与优化(30%)

1. 齿轮传动设计

· 齿轮选型与计算:

· 根据传动比、扭矩、转速等要求,进行齿轮参数计算(模数、齿数、压力角、螺旋角等)

· 设计直齿轮、斜齿轮、行星齿轮等不同类型的齿轮传动系统

· 进行齿轮强度校核(弯曲疲劳强度、接触疲劳强度)和刚度计算

· 熟悉小模数齿轮的设计特点,满足灵巧手紧凑轻量化的要求

· 齿轮系统优化:

· 优化齿轮啮合参数,降低噪音和振动

· 设计齿轮润滑系统,提升传动效率和使用寿命

· 进行齿面修形设计,改善齿轮啮合性能

2. 链条传动设计

· 链条选型:

· 根据传动距离、负载和环境条件,选择合适的链条类型(滚子链、齿形链、静音链等)

· 计算链条传动的节距、链节数、中心距等参数

· 进行链条张紧力计算和疲劳寿命分析

· 链轮设计:

· 设计链轮齿形和结构,确保链条与链轮平稳啮合

· 设计张紧装置,保证链条正常工作张力

3. 连杆机构设计

· 连杆机构运动学分析:

· 设计四杆机构、曲柄滑块机构、多连杆机构等

· 进行连杆机构的位置分析、速度分析和加速度分析

· 优化连杆长度和铰链位置,实现期望的运动轨迹

· 连杆机构动力学设计:

· 计算连杆机构的受力和扭矩

· 进行连杆和铰链的强度校核

· 优化连杆机构的质量分布,降低惯性力和惯性力矩

4. 其他传动方式

· 同步带传动:设计同步带轮和同步带传动系统,适用于高精度位置传递

· 谐波减速器集成:将谐波减速器、RV减速器或行星减速器集成到关节设计中

· 直线传动:设计丝杠、导轨等直线运动部件

三、电机与传感器选型(15%)

1. 电机选型

· 电机类型选择:

· 根据负载特性、转速范围、控制精度等要求,选择合适的电机类型

· 熟悉无刷直流电机(BLDC)、永磁同步电机(PMSM)、空心杯电机、步进电机、伺服电机等

· 针对灵巧手应用,熟悉空心杯电机的特点(高动态响应、低惯量、体积小)

· 电机参数计算:

· 计算负载转矩、惯量、转速,选择合适功率和规格的电机

· 进行电机-负载匹配分析,确保电机在高效区域工作

· 考虑电机的热设计,避免过热

· 减速器选型:

· 根据电机输出转速和关节所需转速,选择合适的减速比

· 选择谐波减速器、行星减速器或齿轮减速器

· 评估减速器的背隙、刚度、效率等性能指标

2. 传感器选型

· 位置传感器:

· 选择编码器(增量式、绝对式)、旋转变压器、霍尔传感器等位置检测元件

· 根据精度要求选择传感器分辨率和精度等级

· 设计传感器安装方案,确保测量准确性

· 力/力矩传感器:

· 选择六维力传感器、单轴力传感器、扭矩传感器

· 根据测量范围和精度要求选型

· 设计传感器安装结构,避免干扰和过载

· 其他传感器:

· 选择温度传感器、电流传感器、加速度传感器等

· 进行传感器布局设计,满足系统监测需求

四、运动学与动力学分析(10%)

1. 正逆运动学计算

· 正运动学分析:

· 建立灵巧手和机器人模组的运动学模型

· 使用D-H参数法建立坐标系

· 计算给定关节角度下末端执行器的位置和姿态

· 逆运动学求解:

· 根据末端执行器的目标位置和姿态,求解各关节的角度

· 处理逆运动学的多解问题,选择最优解

· 编写运动学求解程序(MATLAB、Python)

2. 动力学建模与仿真

· 动力学建模:

· 使用拉格朗日法或牛顿-欧拉法建立动力学模型

· 计算各关节所需的驱动力矩

· 分析重力、惯性力、摩擦力对系统的影响

· 动力学仿真:

· 使用ADAMS、SimMechanics等软件进行多体动力学仿真

· 分析机械系统的运动响应、受力和振动特性

· 优化结构参数,提升系统动态性能

· ADAMS-MATLAB联合仿真:

· 实现ADAMS与MATLAB/Simulink的联合仿真

· 在ADAMS中建立机械模型,在MATLAB中实现控制算法

· 验证机电系统的协同性能

3. 有限元分析(FEA)

· 强度分析:使用ANSYS、Abaqus等软件进行应力应变分析,确保零部件强度满足要求

· 模态分析:分析结构的固有频率和振型,避免共振

· 疲劳分析:评估零部件的疲劳寿命,确保产品可靠性

五、样机试制与测试验证(5%)

1. 样机制造跟进

· 加工工艺审查:审查零部件的可加工性,与供应商沟通加工工艺

· 供应商管理:选择和管理零部件加工供应商,跟踪加工进度和质量

· 装配指导:编写装配工艺文件,指导样机装配

2. 测试与优化

· 性能测试:参与样机的性能测试,验证设计指标

· 问题分析:分析测试中发现的问题,提出改进方案

· 迭代优化:根据测试结果优化设计,提升产品性能

任职要求

一、教育背景与工作经验

1. 学历要求:本科及以上学历,机械工程、机械设计及其自动化、机械电子工程、机器人工程或相关专业,硕士优先

2. 工作经验:

· 本科5年以上，硕士3年以上机械设计工作经验,其中至少2年机器人或精密机械相关经验

· 有灵巧手、机械臂、关节模组、伺服系统等机器人核心部件设计经验者优先

· 具备独立完成机械系统设计和样机验证的能力

二、核心技术能力

1. 机械设计基础(核心要求)

· 理论基础:

· 扎实的机械原理、机械设计、材料力学、理论力学等专业基础

· 深入理解机械零部件设计(轴、轴承、键、螺纹连接等)

· 掌握公差配合、表面粗糙度、形位公差等标准

· 三维建模能力:

· 精通SolidWorks、CATIA或UG等三维建模软件

· 能够独立完成复杂零部件和装配体的三维建模

· 熟悉参数化建模、自顶向下设计等高级建模方法

· 工程图纸:

· 熟练绘制符合GB标准的二维工程图纸

· 准确标注尺寸、公差、表面粗糙度、技术要求等

· 了解国际标准(ISO、ASME等)

2. 传动系统设计(核心要求)

· 齿轮传动精通:

· 熟悉齿轮传动设计,掌握齿轮参数计算和强度校核方法

· 了解渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮等不同齿形

· 熟悉小模数齿轮的设计特点和应用

· 有机器人用精密齿轮设计经验者优先

· 链条传动熟悉:

· 熟悉链条传动设计,掌握链条选型和计算方法

· 了解不同类型链条的特点和应用场合

· 有微型链条传动设计经验者优先

· 连杆机构设计熟悉:

· 熟悉连杆机构设计,能够进行运动学和动力学分析

· 掌握四杆机构、多连杆机构的综合与分析方法

· 有灵巧手连杆机构设计经验者优先

· 其他传动方式:

· 了解同步带传动、丝杠传动、蜗轮蜗杆传动等

· 熟悉谐波减速器、RV减速器、行星减速器的原理和应用

3. 电机与传感器选型(核心要求)

· 电机选型能力:

· 熟悉电机选型方法,能够根据负载特性选择合适的电机

· 了解无刷电机、伺服电机、空心杯电机、步进电机的特点

· 能够进行电机负载计算、惯量匹配分析

· 熟悉减速器选型和匹配

· 传感器选型能力:

· 熟悉传感器选型方法,能够根据测量需求选择合适的传感器

· 了解编码器、力传感器、温度传感器、加速度传感器等

· 能够设计传感器安装结构

4. 运动学与动力学(核心要求)

· 运动学分析:

· 熟悉正逆运动学计算,能够建立运动学模型

· 掌握D-H参数法、旋量法等运动学建模方法

· 能够使用MATLAB编写运动学求解程序

· 动力学分析:

· 熟悉动力学计算,能够建立动力学模型

· 掌握拉格朗日法、牛顿-欧拉法等动力学建模方法

· 能够进行驱动力矩计算和系统动态响应分析

· 仿真能力:

· 熟悉ADAMS或SimMechanics等动力学仿真软件

· 能够进行多体动力学仿真、模态分析、瞬态动力学分析

· 了解ADAMS-MATLAB联合仿真方法者优先

5. 有限元分析

· 熟悉ANSYS、Abaqus或SolidWorks Simulation等有限元软件

· 能够进行应力分析、模态分析、疲劳分析

· 了解非线性分析、接触分析等高级分析方法者优先

6. 行业前沿技术(核心要求)

· 技术敏感度:

· 了解机器人行业前沿技术,关注国内外最新研究进展

· 熟悉人形机器人、灵巧手、具身智能等前沿领域

· 了解柔性机器人、软体机器人、仿生机器人等新兴技术

· 标杆企业研究:

· 了解领先企业的技术路线

· 研究Shadow Hand、LEAP Hand、Allegro Hand等代表性灵巧手产品

· 跟踪机器人核心零部件(减速器、关节模组、灵巧手)的技术演进

· 学术研究:

· 阅读机器人领域顶级期刊和会议论文(IEEE TRO、ICRA、IROS等)

· 了解机器人机构学、运动控制、人机交互等前沿研究

7. 材料与工艺

· 材料知识:

· 熟悉常用金属材料(铝合金、不锈钢、钛合金等)和工程塑料的性能

· 了解复合材料、3D打印材料等新型材料的应用

· 能够根据性能要求选择合适的材料

· 加工工艺:

· 熟悉机械加工工艺(车削、铣削、磨削、钻削等)

· 了解精密加工工艺(线切割、电火花、激光加工等)

· 熟悉表面处理工艺(阳极氧化、电镀、喷涂、热处理等)

· 了解增材制造(3D打印)技术及其应用

三、核心素质与软技能

1. 创新能力与挑战精神(核心要求)

· 敢于创新:具备创新思维,敢于突破传统设计思路,提出新颖的技术方案

· 敢于挑战:不畏惧技术难题,勇于挑战高难度设计任务

· 快速学习:能够快速学习和掌握新技术、新工具、新方法

· 试错精神:接受失败,从失败中学习,持续改进

2. 工程实践能力

· 具备从概念设计到样机验证的全流程项目经验

· 注重设计的可制造性、可装配性、可维护性

· 有量产项目经验,了解成本控制和质量管理

3. 团队协作能力

· 良好的跨学科沟通能力,能够与电气、软件、工艺等不同团队协作

· 具备团队合作精神,能够在压力下协同工作

· 有技术文档编写能力,能够清晰表达设计思路

4. 问题解决能力

· 具备系统性思维和问题分析能力

· 能够快速定位设计问题并提出改进方案

· 具备较强的动手能力和实验验证能力

5. 自驱力与责任心

· 工作积极主动,具备主人翁意识

· 对设计质量负责,追求卓越

· 能够承受一定的工作压力,适应初创公司快节奏

四、加分项

· 有机器人主机厂、核心零部件企业或精密机械企业工作经验

· 有灵巧手、机械臂、外骨骼、人形机器人等产品设计经验

· 有机器人相关竞赛经历(Robomaster、RoboCup、亚太机器人大赛等)

· 发表过机器人机构设计相关学术论文或申请专利

· 熟悉Python、MATLAB编程,能够开发设计工具

· 有机器人操作系统(ROS/ROS2)使用经验

· 有拓扑优化、生成式设计等先进设计方法经验

· 有DFM(面向制造的设计)、DFA(面向装配的设计)经验