1、摘要隨著科技的發(fā)展和工業(yè)需求的增加，焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中所占據(jù)的分量越來(lái)越大，而且焊接技術(shù)的優(yōu)良程度直接影響著零件或產(chǎn)品的質(zhì)量。國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人應(yīng)用雖已具有一定規(guī)模，但與我國(guó)焊接生產(chǎn)總體需求相差甚遠(yuǎn)。因此，大力研究并推廣焊接機(jī)器人技術(shù)勢(shì)在必行。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人的實(shí)踐和方法。本次設(shè)計(jì)，是在了解焊接機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)而掌握焊接機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)和腕部進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。合理布置了液壓缸。同時(shí)了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制學(xué)。為工業(yè)上焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供理論參考、設(shè)計(jì)參考和數(shù)據(jù)參考，為工業(yè)設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)的參考。該機(jī)器人具有剛性好，位置

2、精度高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)踐關(guān)鍵字：焊接機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractWith the development of technology and the increasewelding in industrial production occupied more and more welding technology directly affects the degree of thein industrial demand,weight, and excellent quality of parts orproducts.Although the domestic applic

3、ation of welding robot wicertain scale, butfalls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative.The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machineryand equipment design and methods of pr

4、actice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the sus quo at home and abroad, andthen grasp the welding robot and working principle of theernal structure, andstructural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time un

5、derstand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide atheoretical reference, reference and data reference design for industrial designers anddesign practice, design theory reference.The robolocation, stable characteristics.s

6、a good rigidity, high preciKeyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design目錄摘要IAbstractII第 1 章 引言1第 2 章 焊接機(jī)器人的總體方案32.12.22.32.4總體設(shè)計(jì)的思路3度和坐標(biāo)系的選擇3傳動(dòng)方案論證4焊接機(jī)器人的組成6執(zhí)行機(jī)構(gòu)6控制系統(tǒng)分類8焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)8本章小結(jié)82.52.6第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算9腕部設(shè)計(jì)的基本要求9腕部結(jié)構(gòu)及選擇9典型的腕部結(jié)構(gòu)9腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇93.3腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算103.3.13.3.2腕部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算1

7、0腕部驅(qū)動(dòng)缸的計(jì)算103.43.53.6第 4 章4.14.2缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算11動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘12本章小結(jié)12結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算13設(shè)計(jì)的基本要求13的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇144.2.14.2.2的典型運(yùn)構(gòu)14運(yùn)構(gòu)的選擇144.3直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算154.3.14.3.24.3.3摩擦力的分析與計(jì)算15慣性力的計(jì)算16密封裝置的摩擦阻力164.4缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定164.5 活塞桿的計(jì)算校核174.6 本章小結(jié)18第 5 章 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算19機(jī)身的整體設(shè)計(jì)19機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算205.3機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算215.3.15.3.25.3.3偏重力矩的計(jì)算21升降不自鎖

8、條件分析計(jì)算22做升降運(yùn)動(dòng)的缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算225.45.5軸承的選擇分析23本章小結(jié)23總結(jié)24致謝25參考文獻(xiàn)26第 1 章 引言焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)（Manipulator），具有三個(gè)或可編程的軸，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途，機(jī)器人最后一個(gè)軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。焊接機(jī)器人主要包括機(jī)器人和焊接設(shè)備兩部分。從機(jī)器人誕

9、生到本世紀(jì) 80 年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。到了 90 年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。在西方社會(huì)，和機(jī)器人價(jià)格相反的是，人的勞動(dòng)力成本有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在西方國(guó)家，由于勞動(dòng)力成本的提高為企業(yè)帶來(lái)了不小的壓力，而機(jī)器人價(jià)格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來(lái)了契機(jī)。減少員工與增加機(jī)器人的設(shè)備投資，在兩者費(fèi)用達(dá)到某一平衡點(diǎn)的時(shí)候，采用機(jī)器人的利顯然要比采用人工所帶來(lái)的利大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平，從而提高勞動(dòng)生

10、產(chǎn)率，同時(shí)又可企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。雖然機(jī)器人投資比較大，但它的日常和消耗相對(duì)于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所消耗的人工費(fèi)用小。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還會(huì)大大降低。而機(jī)器人價(jià)格的降低使一些中小企業(yè)投資機(jī)器人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。 焊接機(jī)器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì) 70 年代末開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長(zhǎng)

11、足的發(fā)展，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。從目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀來(lái)看，焊接機(jī)器人技術(shù)的十分活躍，焊接機(jī)器人技術(shù)主要集中在焊縫技術(shù)、離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)、多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)、弧焊電源技術(shù)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)、機(jī)器人用焊接工藝方法、焊接技術(shù)等七個(gè)方面。成立后，經(jīng)過(guò) 50 年的艱苦努力，中國(guó)焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，取得了很大的成就，焊接生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化與自動(dòng)化程度已達(dá)到 20%。在以焊接技術(shù)為主導(dǎo)制造工藝技術(shù)的大中型骨干企業(yè)，焊接生產(chǎn)過(guò)程綜合機(jī)械化與自動(dòng)化程度已達(dá)到 40%45%。在機(jī)床、鍋爐、汽車、化工機(jī)械、工程機(jī)械和重型機(jī)械等國(guó)家重點(diǎn)骨干企業(yè)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及相

12、應(yīng)配套的自動(dòng)化焊機(jī)、成套焊接設(shè)備、焊接生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)，使焊接生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到了國(guó)際 90 年代初的先進(jìn)水平，進(jìn)入世界先進(jìn)之列。第 2 章 焊接機(jī)器人的總體方案該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺(tái)焊接機(jī)器人，本章主要對(duì)焊接機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。2.1 總體設(shè)計(jì)的思路設(shè)計(jì)機(jī)器體上可分為兩個(gè)階段：(1) 系統(tǒng)分析階段1）根據(jù)系統(tǒng)的所采用機(jī)器人的目的和任務(wù)；2）分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境；3) 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度、信息的量、計(jì)算機(jī)功能、動(dòng)作精度的要求、容許的運(yùn)動(dòng)范圍、以及對(duì)溫度、等環(huán)境的適應(yīng)性。(2) 技術(shù)設(shè)計(jì)階段1）根據(jù)系統(tǒng)的要求

13、確定機(jī)器人的人的坐標(biāo)形式；度和允許的空間工作范圍，選擇機(jī)器擬訂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路線和空間作業(yè)圖；確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型；選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)；繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。2.2度和坐標(biāo)系的選擇機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)度是指各運(yùn)動(dòng)部件在三相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)，對(duì)于一個(gè)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，它有幾個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)就稱其有幾個(gè)度。各運(yùn)動(dòng)部件度的總和為機(jī)器人的度數(shù)。機(jī)器人部要像人手一樣完成各的，因?yàn)槿酥浮⒄?、腕、臂?9個(gè)關(guān)節(jié)組成，共有27個(gè)自種動(dòng)作是比較由度。而生產(chǎn)實(shí)踐中不需要機(jī)器人手部）。本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人為4有這么多的度一般為3-6個(gè)（不包括度即：腕部回轉(zhuǎn)；小伸縮；大回轉(zhuǎn)；大伸縮。工業(yè)機(jī)器

14、人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點(diǎn)，分別介紹如下:(1) 直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1(a)所示。由于直線運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度（m 級(jí)）。但是，這種直角坐標(biāo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間相對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)講，是比較小的。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種

15、結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤!未找到源。(2) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1（b）。這種機(jī)器人構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，精度還可以，常用于搬空間是一個(gè)圓柱狀的空間。(3) 球坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2-1（c）。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬業(yè)。其工作業(yè)。其工作空間是一個(gè)類球形的空間錯(cuò)誤!未找到(4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)源。關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-1（d）。關(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機(jī)器人在

16、工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機(jī)器人。關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。根據(jù)要求及在實(shí)際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人采用直角坐標(biāo)。a)直角坐標(biāo)型b)圓柱坐標(biāo)型c)球坐標(biāo)型d)關(guān)節(jié)型圖 2-1 四種機(jī)器人坐標(biāo)形式2.3 傳動(dòng)方案論證焊接機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有式、氣動(dòng)式和電式。(1)去驅(qū)動(dòng)(2)驅(qū)動(dòng):是指動(dòng)源（發(fā)或電機(jī)）驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生壓力油，壓力油再馬達(dá)，由馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)器需要的動(dòng)力。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)多用于開(kāi)關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人，與驅(qū)動(dòng)相比較，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)由于壓縮空氣粘度小，所以容易達(dá)到高速；由于可利用工廠集中空氣壓縮供氣，減少了動(dòng)力設(shè)備；空氣介質(zhì)不污染

17、環(huán)境，安全高溫下可正常工作；空氣取之不竭用之不盡，相對(duì)于油液廉價(jià)，故氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件比元件價(jià)格低(3) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電驅(qū)動(dòng)。隨著材料性能的提高，電驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電性能也在隨之提高并且電使用簡(jiǎn)單，所以就目前來(lái)看，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)正逐步為電驅(qū)動(dòng)式所代替。表 2-1 三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)容驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力高，可獲得大的輸出力壓力相對(duì)要小，輸出力小輸出力輸出力較大控制精度高，功率較大，能精 確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度

18、低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制性能響應(yīng)速度很高較高很高伺服電易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小電 置 DD 電一般需配裝置，除外，難結(jié)構(gòu)性能及體積以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)，直流有刷電換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境防爆性能較差防爆性能好，用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)防爆性能好，高于 1000kPa（十個(gè)大氣壓）時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性安全性對(duì)排氣時(shí)

19、有噪聲無(wú)系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染續(xù)表 2-1驅(qū)動(dòng)方式內(nèi)容驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)適用于中小負(fù)適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、電焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用范圍成本元件成本較高成本低成本高方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求維修及使用方便較復(fù)雜2.4 焊接機(jī)器人的組成焊接機(jī)器人由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。2.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）手部手部既直接與工件接觸的部分，一般是回或平動(dòng)型（多為回，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式

20、和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。本設(shè)計(jì)為焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)，因此手部并無(wú)其他結(jié)構(gòu)，僅僅是一個(gè)焊槍，通過(guò)螺栓固定于腕部之上。（2）腕部腕部是連接手部和的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)焊槍的方位，以擴(kuò)大焊槍的工作范圍，并使手部變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再增加一個(gè)上下擺動(dòng)即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬運(yùn)工件。目前，應(yīng)用最為廣泛腕回轉(zhuǎn)運(yùn)構(gòu)為回轉(zhuǎn)缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700）,并且要求嚴(yán)格密封，

21、否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的腕部是利用缸實(shí)現(xiàn)手部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的腕部的運(yùn)動(dòng)為一個(gè)度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在遠(yuǎn)距離。伸縮式機(jī)身結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用缸直接驅(qū)身部分和滑軌的配置缸。型式采用立柱式單臂配置，其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源來(lái)自回轉(zhuǎn)（5）滑軌滑軌是懸臂機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起懸掛作用，它將機(jī)身懸掛于導(dǎo)軌之上。并帶動(dòng)機(jī)身沿軌道直線運(yùn)動(dòng)。2.4.2 控制系統(tǒng)分類在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁

22、帶、穿孔卡等程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其采用電磁控制。度特性。本設(shè)計(jì)2.5 焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)一、用途：用于焊接工件二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù):1、焊槍:；2、度數(shù):4個(gè)度（腕部回轉(zhuǎn)；小伸縮；大回轉(zhuǎn)；大伸縮4個(gè)運(yùn)動(dòng)）；3、坐標(biāo)型式:直角坐標(biāo)系；4、最大工作半徑:4730mm；5、6、最低中心高:4040mm；運(yùn)動(dòng)參數(shù):伸縮行程：1850mm伸縮速度：1200mm/s1400mm/s升降行程：3650mm升降速度：1200mm/s1400mm/s回轉(zhuǎn)范圍：第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 腕部設(shè)計(jì)的基本要求(1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由承擔(dān)。顯然，

23、腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載荷，直接影響著的結(jié)構(gòu)、重量和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為焊接機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐焊槍的作用，除保證力和運(yùn)動(dòng)的要求外，要有足夠的強(qiáng)度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與 和手部的連接。必須考慮工作條件對(duì)于本次設(shè)計(jì)，焊接機(jī)器人的工作條件是在工作場(chǎng)合中焊接工件，最大載荷為 8KG，因此不太受，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)焊接機(jī)器人的腕部沒(méi)有太多不利。3.2 腕部結(jié)構(gòu)及選擇3.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個(gè)度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，

24、需要克服以下幾種阻力：克服啟動(dòng)慣性所用。回轉(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于 270）。(2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)在要求回轉(zhuǎn)角大于 270的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大。(3)的兩個(gè)(4)具有兩個(gè)度。度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。3.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇本設(shè)計(jì)要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個(gè)度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腕部結(jié)構(gòu)，采用驅(qū)動(dòng)。3.3 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算腕部設(shè)計(jì)考慮的參數(shù)：最大載荷：8KG；回轉(zhuǎn)。3.3.1 腕部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算圖 3-1 腕部支撐反力計(jì)算示意圖腕部回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的

25、阻力：F=FR1+FR2a. 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩：Ma=0.5設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 3-1 設(shè)缸體內(nèi)徑 R=40mm，外徑根據(jù)表 3-2 選擇 60mm，這個(gè)是缸壁最小厚度，考慮到實(shí)際裝配問(wèn)題后，其外徑為 90mm；動(dòng)片寬度 b=66mm,輸出軸 r=22.5mm.基本尺寸示如圖 3-2 所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力：缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖 4-3 所示，t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見(jiàn)表 4-3，在這種聯(lián)接中，每個(gè)螺釘在剖面上承受的拉力:第 4 章結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算部件是機(jī)械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件運(yùn)動(dòng)應(yīng)該包括 3 個(gè)運(yùn)動(dòng)：伸縮、回轉(zhuǎn)和的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)設(shè)

26、置在機(jī)身處，將在下或工具），并帶動(dòng)它們作空間運(yùn)動(dòng)。升降。本章敘述一章祥述。的伸縮運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該具備 3 個(gè)自態(tài)（方位），則用腕部的由度才能滿足基本要求，既伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運(yùn)動(dòng)。的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)構(gòu)和各種傳構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機(jī)械手的工作性能。4.1設(shè)計(jì)的基本要求設(shè)計(jì)首先要實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)，為此，需要滿足下列各項(xiàng)基本要求：一、對(duì)于機(jī)械應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕部或機(jī)身的承載能力，通常取

27、決于其剛度。以為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸臂梁形式（水平或垂直懸伸）。顯然伸縮臂桿的懸伸長(zhǎng)度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能、位置精度和負(fù)荷能力影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長(zhǎng)度外，注意以下幾方面：(1)(2)(3)(4)(5)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸；提高支撐剛度和合理選擇支撐點(diǎn)的距離；合理布置作用力的位置和方向；注意簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；提高配合精度。二、運(yùn)動(dòng)速度要高，慣性要小機(jī)械手手部的運(yùn)動(dòng)速度是機(jī)械手的主要參數(shù)之一，它反映機(jī)械手的生產(chǎn)水 平。對(duì)于高速度運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，其最大移動(dòng)速度設(shè)計(jì)在最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計(jì)在內(nèi)，大部分平均移動(dòng)速度為，平

28、均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機(jī)械部要盡可能的輕。減少慣量具體有 4 個(gè)途徑錯(cuò)誤!未找到源。：(1)(2)(3)減少減少運(yùn)動(dòng)件的重量，采用鋁合金材料；運(yùn)動(dòng)件的輪廓尺寸；減少回轉(zhuǎn)半徑 ，再安排機(jī)械手動(dòng)作順序時(shí)，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作；(4) 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)緩沖裝置。三、為減少動(dòng)作應(yīng)該靈活運(yùn)動(dòng)之間的摩擦阻力，盡可能用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。對(duì)于懸臂式的機(jī)械手，其傳動(dòng)件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使運(yùn)動(dòng)盡可能平衡，以減少對(duì)升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機(jī)構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須

29、計(jì)算使之滿足不自鎖的條件錯(cuò)誤!未找到四、位置精度要求高一般來(lái)說(shuō)，直角和圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手位置精度要求較高；關(guān)節(jié)式機(jī)械手的位源。置精度最難控制，故精度差；在上加設(shè)定位裝置和檢測(cè)結(jié)構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測(cè)裝置最好裝在最后的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)以減少或消除傳動(dòng)、嚙合件間的間隙?？偨Y(jié)：除此之外，要求機(jī)械手的通用性要好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機(jī)械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機(jī)械手還要設(shè)置防塵裝置等。以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問(wèn)題，美的、性能良好的機(jī)械手。，才能設(shè)計(jì)出完4.2的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇4.2.1的典型運(yùn)構(gòu)常見(jiàn)臂伸縮機(jī)構(gòu)有以下幾種：(1)

30、 雙導(dǎo)桿伸縮機(jī)構(gòu)；(2)的典型運(yùn)動(dòng)形式有：直線運(yùn)動(dòng)，如的伸縮，升降和橫向移動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如的左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)；符合運(yùn)動(dòng)，如直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合，兩直線運(yùn)動(dòng)的雙層缸空心結(jié)構(gòu)；(1)雙活塞桿缸結(jié)構(gòu)；(2)活塞桿和齒輪齒條機(jī)構(gòu)。4.2.2運(yùn)構(gòu)的選擇通過(guò)以上，綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選擇缸伸縮機(jī)構(gòu)，使用驅(qū)動(dòng),水平伸縮缸選用伸縮式缸；豎直伸縮缸選作用活塞缸。4.3直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算首先進(jìn)行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸，再進(jìn)行校核計(jì)算，修正設(shè)計(jì)。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。作水平伸縮直線運(yùn)動(dòng)的缸的驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)根據(jù)缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所要克服的摩擦力和慣性力等幾個(gè)方面的阻力進(jìn)行確定。

31、缸活塞的驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算公式可表示為：F=(A1p1-A2p2)m(4-1)4.3.1摩擦力的分析與計(jì)算摩擦力的計(jì)算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進(jìn)行估算。圖 4-1 機(jī)械部受力示意圖計(jì)算如下：-當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)；對(duì)于圓柱面：-摩擦系數(shù)，對(duì)于靜摩擦且無(wú)潤(rùn)滑時(shí)：鋼對(duì)青銅：取 =0.10.15鋼對(duì)鑄鐵：取 =0.180.3選?。海珿=500N，L=1.49-0.028=1.21m,圖 4-2 雙作用缸示意圖當(dāng)油進(jìn)入無(wú)桿腔：F1=(A1p1-A2p2)m（4-4）當(dāng)油進(jìn)入有桿腔中：F2=(A2p1-A1p2)m其中：m 為機(jī)械效率。缸的有效面積：

32、A(4-5)A1=D2/4故有：（無(wú)桿腔）(4-6)源。(4-7)A2= D2/4-d2/4（有桿腔）錯(cuò)誤!未找到F=6210N，選擇機(jī)械效率。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： = F/A 結(jié)論：活塞桿滿足強(qiáng)度要求。二、活塞桿剛度校核圖 4-3 剛度校核示意圖缸的最小直徑進(jìn)行校核,為便于計(jì)算把伸出的現(xiàn)按照伸出一懸臂梁。缸簡(jiǎn)化成取:載荷 F=400N,懸臂 L=1730mm。梁轉(zhuǎn)角： =第 5 章 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)身是直接支撐和驅(qū)動(dòng)的部件。一般實(shí)現(xiàn)的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)的傳構(gòu)都安在機(jī)身上，或者直接機(jī)身的軀干與底座相連。因此，臂部的運(yùn)動(dòng)越多，機(jī)身的機(jī)構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機(jī)身是可以固定的，也可以是行走的

33、，既可以沿地面或軌道運(yùn)動(dòng)。5.1 機(jī)身的整體設(shè)計(jì)1800 的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)按照設(shè)計(jì)要求，機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在機(jī)身處。為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)構(gòu)，就要綜合考慮分析。機(jī)身承載著身結(jié)構(gòu)有以下幾種：，做回轉(zhuǎn)，升降運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械手的重要組成部分。常用的機(jī)回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是能承受較大偏重力矩。其缺點(diǎn)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線長(zhǎng)，花鍵軸的變形對(duì)回轉(zhuǎn)精度的影響較大?；剞D(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與一起升降，運(yùn)動(dòng)部件較大。(3) 活塞缸和齒條齒輪機(jī)構(gòu)。的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)齒條齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)：齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)與連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使左右擺動(dòng)

34、。分析：經(jīng)過(guò)綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用回轉(zhuǎn)缸置于伸縮缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)機(jī)身包括兩個(gè)運(yùn)身的回轉(zhuǎn)和伸縮?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)置于升降缸之上的機(jī)身結(jié)構(gòu)。手件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片與缸體連接，由缸體帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與伸縮缸的活塞桿是一體的。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 5-1。驅(qū)回轉(zhuǎn)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)缸通過(guò)兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來(lái)決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)缸的靜片和動(dòng)片寬 b=60mm，選擇缸的工作壓強(qiáng)為 8Mpa。d為輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，設(shè) d=50m

35、m,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過(guò)下列計(jì)算：D=80mm即設(shè)計(jì)缸的內(nèi)徑為 80mm，根據(jù)表 4-2 選擇缸的基本外徑尺寸100mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過(guò)配合等條件的考慮。最終確定的輸出軸徑為 50mm。缸的截面尺寸如圖 6-2 所示，內(nèi)徑為 150mm，外徑為 230mm，(1)零件重量等現(xiàn)在對(duì)機(jī)械手做粗略估算：總共約為 33Kg(2)計(jì)算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 。(2)缸在這里選擇 O 型密封，所以密封摩擦力可以通過(guò)近似估算；最后通過(guò)以上計(jì)算：當(dāng)當(dāng)缸向上驅(qū)動(dòng)時(shí)：F=5000N缸向下驅(qū)動(dòng)時(shí)：F=6600N5.4 軸承的選擇分析對(duì)于伸縮缸的運(yùn)身回轉(zhuǎn)受軸承的影響。因此，這里要充分考慮這個(gè)問(wèn)

36、題。對(duì)于本設(shè)計(jì)，采用一支點(diǎn)，雙向固定，另一支點(diǎn)游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)球軸承錯(cuò)誤!未找到源。的組合結(jié)構(gòu)。5.5 本章小結(jié)本章對(duì)機(jī)械手的機(jī)身進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分別對(duì)機(jī)身的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)，也計(jì)算了伸縮立柱不自鎖的條件(這是機(jī)身設(shè)計(jì)中不可缺少的部分)。最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用合適的軸承。總結(jié)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，達(dá)到了本課題的預(yù)期目標(biāo)，現(xiàn)總結(jié)如下:(1)(2)(3)(4)(5)(6)本課題提出了焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，解決了工業(yè)機(jī)器人的許多問(wèn)題；根據(jù)焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了焊接機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)；根據(jù)焊接機(jī)器人的負(fù)載，進(jìn)行大臂的傳動(dòng)設(shè)計(jì)；選用適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行多中