机器人焊接论文.docx

机器人焊接论文随着科技的进展与工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或者产品的质量。国内焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。本设计的重点是运用机械原理与机械制造装备设计方法设计焊接机器人的实践与方法。本次设计，是在熟悉焊接机器人在国内外现状的基础上，继而掌握焊接机器人内部结构与工作原理，并对手臂与腕部进行结构设计。合理布置了液压缸。同时熟悉机器人机械系统运动学及运动操纵学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考与数据参考，为工业设计者提供设计理论与设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。关键字：焊接机器人液压系统机械机构设计AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandtheincreaseinindustrialdemand,weldinginindustrialproductionoccupiedmoreandmoreweight,andexcellentweldingtechnologydirectlyaffectsthedegreeofthequalityofpartsorproducts.Althoughthedomesticapplicationofweldingrobotwithacertainscale,butfallsfarshortoftheoveralldemandforwelding.Therefbre,greateffortstostudyandpromotetheweldingrobottechnologyisimperative.Thefocusofthisdesignistheuseofmechanicaltheoryanddesignofmachineryandequipmentdesignandmethodsofpracticeweldingrobot.Thedesignoftheweldingrobotinunderstandingthebasisofthestatusquoathomeandabroad,andthengrasptheweldingrobotandworkingprincipleoftheinternalstructure,andstructuraldesignofthearmandwrist.Rationalarrangementofthehydrauliccylinder.Atthesametimeunderstandtherobotmechanicalsystemkinematicsandmotioncontrolstudy.Forthedesignofindustrialweldingrobotstoprovideatheoreticalreference,referenceanddatareferencedesignforindustrialdesignersanddesignpractice,designtheoryreference.Therobothasagoodrigidity,highprecisionlocation,stablecharacteristics.KeywordjWeldingrobot;hydraulicsystem;mechanicalstructuredesign目录摘要错误!未定乂书签。AbstractI目录I第1章引言1第2章焊接机器人的总体方案22.1 总体设计的思路22.2 自由度与坐标系的选择22.3 传动方案论证32.4 焊接机器人的构成52.4.1 执行机构52.4.2 操纵系统分类72.5 焊接机器人的技术参数72.6 本章小结7第3章腕部结构的设计及计算83.1 腕部设计的基本要求83.2 腕部结构及选择83.2.1 典型的腕部结构83.2.2 腕部结构与驱动结构的选择93.3 腕部结构设计计算93.3.1 腕部驱动力计算93.3.2 腕部驱动液压缸的计算93.4 液压缸盖螺钉的计算103.5 动片与输出轴间的连接螺钉113.6 本章小结12第4章臂部结构的设计及计算124.1 臂部设计的基本要求124.2 手臂的典型机构与结构的选择134.2.1 手臂的典型运动机构134.2.2 手臂运动机构的选择144.3 手臂直线运动的驱动力计算144.3.1 手臂摩擦力的分析与计算144.3.2 手臂惯性力的计算154.3.3 密封装置的摩擦阻力154.4 液压缸工作压力与结构的确定154.5 活塞杆的计算校核164.6 本章小结17第5章机身结构的设计及计算175.1 机身的整体设计185.2 机身回转机构的设计计算195.3 机身升降机构的计算205.3.1 手臂偏重力矩的计算205.3.2 升降不自锁条件分析计算215.3.3 手臂做升降运动的液压缸驱动力的计算215.4 轴承的选择分析215.5 本章小结21总结22致谢22参考文献22第1章引言焊接机器人是从事焊接（包含切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动操纵操作机（ManiPUIatOr）,具有三个或者更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了习惯不一致的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不一致工具或者称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或者焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或者热喷涂。焊接机器人要紧包含机器人与焊接设备两部分。从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的进展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速进展，机器人技术也得到了飞速进展。工业机器人的制造水平、操纵速度与操纵精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本与价格却不断下降。在西方社会，与机器人价格相反的是，人的劳动力成本有不断增长的趋势。在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，使用机器人的利显然要比使用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。尽管机器人一次性投资比较大，但它的日常保护与消耗相关于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得轻而易举。因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速进展。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各类形式的焊接加工领域。焊接机器人具有焊接质量稳固、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构与兵器工业等行业。我国自上个世纪70年代末开始进行工业机器人的研究，通过二十多年的进展，在技术与应用方面均取得了长足的进展，对国民经济特别是制造业的进展起到了重要的推动作用。从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术的研究十分活跃，焊接机器人技术研究要紧集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调操纵技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面。新中国成立后，通过50年的艰难努力，中国焊接生产机械化自动化技术进展应用，取得了很大的成就，焊接生产过程机械化与自动化程度已达到20%。在以焊接技术为主导制造工艺技术的大中型骨干企业，焊接生产过程综合机械化与自动化程度已达到40%45%。在机床、锅炉、汽车、化工机械、工程机械与重型机械等国家重点骨干企业，通过引进国外先进技术及相应配套的自动化焊机、成套焊接设备、焊接生产线与柔性制造系统，使焊接生产机械化与自动化技术达到了国际90年代初的先进水平，进入世界先进之列。第2章焊接机器人的总体方案该设计的目的是为了设计一台焊接机器人，本章要紧对焊接机器人的机械结构部分进行设计与分析。2.1 总体设计的思路设计机器人大体上可分为两个阶段：(1)系统分析阶段根据系统的目标，明确所使用机器人的目的与任务；分析机器人所在系统的工作环境；根据机器人的工作要求，确定机器人的基本功能与方案。如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、动作精度的要求、容许的运动范围、与对温度、震动等环境的习惯性。(2)技术设计阶段根据系统的要求确定机器人的自由度与同意的空间工作范围，选择机器人的坐标形式；拟订机器人的运动路线与空间作业图；确定驱动系统的类型；选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计；绘制机器人的零件图，并确定尺寸。2.2 自由度与坐标系的选择机器人的运动自由度是指各运动部件在三维空间相当于固定坐标系所具有的独立运动数，关于一个构件来说，它有几个运动坐标就称其有几个自由度。各运动部件自由度的总与为机器人的自由度数。机器人的手部要像人手一样完成各类动作是比较困难的，由于人的手指、掌、腕、臂由19个关节构成，共有27个自由度。而生产实践中不需要机器人的手有这么多的自由度通常为36个(不包含手部)。本次设计的焊接机器人为4自由度即：腕部回转；小臂部伸缩；大臂部回转；大臂部伸缩。工业机器人的结构形式要紧有直角坐标结构、圆柱坐标结构、球坐标结构、关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：(1)直角坐标机器人结构直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2l()所示。由于直线运动易于实现全闭环的位置操纵，因此，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度(m级)。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人要紧用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构错误!未找到引用源。(2)圆柱坐标机器人结构圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，如图21这种机器人构造比较简单，精度还能够，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。(3)球坐标机器人结构球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动与一个直线运动来实现的，如图2-13)。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。要紧应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间错误!未找到引用源。(4)关节型机器人结构关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的，如图21(d)。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛使用这种类型的机器人。关节型机器人结构，有水平关节型与垂直关节型两种。根据要求及在实际生产中的用途，本次设计的焊接机器人使用直角坐标。a)直角坐标型图2-1四种机器人坐标形式2.3 传动方案论证焊接机器人的驱动方式有液压式、气动式与电动机式。(1)液压驱动:是指动源(发动机或者电机)驱动油泵产生压力油，压力油再去驱动液压马达，由液压马达产生机器需要的动力。(2)气动驱动多用于开关操纵与顺序操纵的机器人，与液压驱动