焊接机器人总体结构设计
摘 要
随着科技的发展和工业需求的增加，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。
本设计的重点事运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的实践和方法。本次设计，是在了解焊接机器人在国内外现状的基础上，进而掌握焊接机器人内部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行结构设计。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。
关键词：焊接机器人；机械机构设计；机械系统运动学
Abstract
With the development of science and technology and the increase of industrial demand, the welding technology in industrial production occupies more and more large, and the quality of the welding technology directly affects the quality of parts or products. Although the application of welding robot in China has a certain scale, but it is far from the overall demand of welding production in China. Therefore, it is imperative to study and popularize the technology of welding robot.
This design focuses on the use of mechanical principle and mechanical manufacturing equipment design methods to design welding robot's practice and methods. The design is in the understanding of the welding robot in domestic and foreign present situation foundation, then grasp the internal structure and working principle of the robot welding, and structure design of the arm and wrist. At the same time understanding the kinematics and motion control of robot. Provide theoretical reference, design reference and data reference for the design of welding robot in industry, and provide reference for designers to design theory and practice. The robot has the characteristics of good rigidity, high position precision and stable operation.
Keywords: welding robot；mechanical mechanism design; Kinematics of mechanical system
目 录
1 绪 论 4
1.1 技术概述 4
1.2 国内外研究现状 4
2 焊接机器人的总体方案 6
2.1 焊接机械手的组成 6
2.2 总体方案的确定 7
2.2.1 总体布局的确定 7
3 驱动方式的选择 9
3.1 液压驱动 9
3.2 气压驱动 9
3.3 电机驱动 10
4 传动方式的选择 11
4.1 带传动 11
4.2 链传动 11
4.3 齿轮传动 12
4.4 蜗杆传动 13
5 焊接机器人的组成 14
5.1 执行机构 14
5.2 驱动机构 15
5.3 控制机构 15
6 腕部结构的设计 17
6.1 腕部结构设计的基本要求 17
6.2 腕部结构及选择 17
6.2.1 腕部结构 17
6.2.2 电动机选择 17
6.2.3 谐波齿轮减速器的选择 18
6.2.4 轴的计算 19
7 臂部结构的设计及计算 21
7.1 臂部结构 21
7.2 臂部结构的选择及计算校核 22
7.2.1 电动机选择 22
7.2.2 轴的计算 23
8 焊接机器人的材料 25
8.1 机械材料选用原则 25
8.2 零件材料 26
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
焊接机器人
1 绪论
1.1 技术概述
机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定提高产品质量，提供生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器的特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产 和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2 国内外研究现状
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：
（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的0.13万美元降至97年的6.5万美元。
（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化，器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制，多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
（7）机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人，其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距，在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低。供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。
参考文献
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