1、。江蘇城市職業(yè)學(xué)院五年制(高職)畢業(yè)設(shè)計論文設(shè)計主題：焊接機械手的設(shè)計學(xué)校：江蘇城市職業(yè)學(xué)院(常熟學(xué)校)年份水平：2009年水平專業(yè)：機電一體化姓氏：曹圣學(xué)生編號。0921010113指導(dǎo)員：杜劍鋒頭銜：講師2013年12月摘要本設(shè)計是一個焊接機械手的設(shè)計。在設(shè)計過程中，我們需要運用機械和電氣知識來完成它。設(shè)計內(nèi)容主要包括機械手大臂的設(shè)計和電氣系統(tǒng)的設(shè)計。這次設(shè)計的焊接機械手實際上是一個五自由度的關(guān)節(jié)機器人。由步進(jìn)電機驅(qū)動，微電腦控制。它結(jié)構(gòu)緊湊，工作范圍廣，動作靈活。它不僅可用于電弧焊，還可用于搬運和組裝?；『笝C器人廣泛應(yīng)用于通用機械、金屬結(jié)構(gòu)等行業(yè)?；『笝C器人是一種包括各種弧焊附件的柔性焊

2、接系統(tǒng)，而不僅僅是一臺機器以計劃的速度和姿態(tài)攜帶焊槍，因此對其性能有特殊要求。在電弧焊操作中，焊槍應(yīng)跟蹤工件焊縫的運動，并連續(xù)填充金屬以形成焊縫。因此，速度穩(wěn)定性和軌跡精度是運動過程中的兩個重要指標(biāo)。通常，焊接速度約為5-50毫米/秒，軌跡精度約為(0.2-0.5)毫米電氣系統(tǒng)的設(shè)計是利用機電傳動的知識，即PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括西門子系統(tǒng)、歐姆龍系統(tǒng)等。關(guān)鍵詞：焊接機械手可編程控制器目錄前言1第一章是焊接機械手二的總體方案設(shè)計1.1焊接機器人的主要部件21.2焊接機器人手臂的設(shè)計31.2.1大臂的工作模式31.2.2大臂電機3的選擇1.2.3大臂4諧波齒輪傳動的設(shè)計1.3焊接機器人6末端執(zhí)行

3、器的設(shè)計第二章可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計92.1電氣設(shè)備概述92.1.1電氣控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計92.1.2電氣控制的部分設(shè)計92.2可編程控制器11的應(yīng)用2.2.1梯形圖的設(shè)計112.2.2用功能圖13顯示控制過程2.2.3輸入輸出分配表和接線圖142.2.4寫梯形圖16結(jié)19謝謝你20參考文獻(xiàn)21。序工業(yè)機器人由機械手(機械體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置組成。它是一種機電一體化生產(chǎn)設(shè)備，可以模擬人的操作，在三維空間中自動控制、重新編程和完成各種操作。特別適合多品種、多批次的柔性生產(chǎn)。它在穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、改善工作條件和快速升級產(chǎn)品方面發(fā)揮著非常重要的作用。近年來，國外機

4、器人領(lǐng)域的發(fā)展有以下趨勢：1.工業(yè)機器人的性能不斷提高，而單臺機器的價格持續(xù)下降；2.機械結(jié)構(gòu)正朝著模塊化和可重構(gòu)方向發(fā)展，模塊化裝配機器人產(chǎn)品已經(jīng)在國外問世；3.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)正在向基于PC機的開放式控制器發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化；設(shè)備集成度提高，控制柜小，采用模塊化結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)的可靠性、可操作性和可維護性大大提高。4.機器人中的傳感器正在發(fā)揮越來越重要的作用。除了位置、速度和加速度等傳統(tǒng)傳感器之外，裝配和焊接機器人還使用視覺和力等傳感器，而遙控機器人使用視覺、聲音、力和觸覺等多傳感器融合技術(shù)進(jìn)行環(huán)境建模和決策控制。多傳感器融合配置技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的

5、作用已經(jīng)從模擬和預(yù)測發(fā)展到過程控制。6.當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自主系統(tǒng)，而是致力于操作者和機器人之間的人機交互控制，即遙控和局部自主系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的監(jiān)控和遙控系統(tǒng)，使機器人走出實驗室，進(jìn)入實用階段。中國的工業(yè)機器人始于20世紀(jì)80年代的“七五”科技研究。在國家的支持下，通過“七五”和“八五”科技攻關(guān)，基本掌握了機器人機械手的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了機器人的一些關(guān)鍵零部件，開發(fā)了噴漆、弧焊、點焊、裝配和搬運等機器人；其中，噴涂機器人已應(yīng)用于自動噴涂生產(chǎn)線，弧焊機器人已應(yīng)用于汽車工廠的焊接生產(chǎn)線。但總的來說，我國工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用

6、水平與國外仍有一定差距。例如，可靠性低于國外產(chǎn)品，機器人應(yīng)用項目起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。因此，迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化初期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，做好系列化、通用化和模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。第一章是焊接機械手的總體方案設(shè)計1.1焊接機器人的主要部件機器人系統(tǒng)包括：由移動或固定機械手組成的機器人控制裝置(硬件和軟件)、電源、控制系統(tǒng)、操作和監(jiān)控機器人裝置的通信接口、外部設(shè)備或傳感器；末端執(zhí)行器。機器人完成操作所需的外部設(shè)備、裝置或傳感器。所有使用的外部設(shè)備都由機器人的控制系統(tǒng)管理。1.手臂和手腕是機器人機械手的基本組成部分，由旋轉(zhuǎn)和往復(fù)機構(gòu)組成。它的結(jié)構(gòu)形

7、式多種多樣，但大多數(shù)機器人的手臂和手腕是由關(guān)節(jié)和桿組成的空間機構(gòu)，一般由3-10個自由度組成，而工業(yè)機器人一般有3-6個自由度。由于機器人具有多自由度的手臂和手腕機構(gòu)，操作動作具有通用性和靈活性，這也不同于一般的自動機。2.機械臂的控制：在電動伺服系統(tǒng)中，用步進(jìn)電機或DC伺服電機驅(qū)動機械臂的各個關(guān)節(jié)。步進(jìn)電機從驅(qū)動器獲得一系列脈沖信號，每個脈沖信號都會導(dǎo)致步進(jìn)電機軸產(chǎn)生一定的角位移。一般不需要反饋回路和位置編碼器，控制相對簡單。采用DC伺服電機的控制系統(tǒng)以速度計和角度編碼為反饋裝置，可以精確控制機械臂關(guān)節(jié)軸的運動。其工作狀態(tài)穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，能快速響應(yīng)加減速指令。3.手腕機構(gòu)支撐機器人手裝

8、置并調(diào)整其姿勢。一般來說，它有2-3個自由度，這使得機械臂末端的抓取器產(chǎn)生俯仰擺動和繞自身軸線旋轉(zhuǎn)。這些運動的結(jié)合使得機器人手相對于操作對象形成靈活的工作姿勢。4.機器人的手裝置也稱為末端執(zhí)行器。根據(jù)操作的性質(zhì)，機械手末端的執(zhí)行器有不同的形式。1)焊接機器人和噴涂機器人的末端分別為固定焊槍和噴槍的夾具。2)運送大塊終飾板的機器人通常采用真空吸附末端執(zhí)行器，利用吸盤內(nèi)的壓力與大氣壓力之間的差異產(chǎn)生吸附力。3)對于一般的材料處理和裝配機器人，末端執(zhí)行器是各種機械夾具，它們使用機械手指來閉合和打開以夾緊和釋放工件。4)運送鐵磁材料的機器人也可以使用電磁吸盤作為末端執(zhí)行器。1.2焊接機器人手臂的設(shè)計1

9、.2.1大臂的工作方式臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求1.機械臂的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)滿足機器人為完成任務(wù)而提出的工作空間要求。工作空間的形狀和大小與手臂的長度和手臂關(guān)節(jié)的角度范圍密切相關(guān)2.根據(jù)臂的載荷和結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)合理選擇臂的截面形狀和高強度輕質(zhì)材料，如空心薄壁矩形框或圓管，以提高其抗彎剛度和抗扭剛度，降低其自重3.盡量減輕臂的重量以及相對于其關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量和不平衡力矩，以減輕驅(qū)動裝置的負(fù)荷；降低操作的動載荷和沖擊，提高手臂運動的響應(yīng)速度。4.盡量減少機械間隙引起的運動誤差，提高運動精度和剛度，采用緩沖和限位裝置提高定位精度。焊接機器人大臂采用同軸電機、諧波減速器和關(guān)節(jié)軸的傳動方式，結(jié)構(gòu)簡單，傳動路線最短。大

10、臂上的諧波減速器采用柔性輪不動、剛性輪運動的方式；諧波減速器的剛性輪通過螺栓與機器人的手臂連接，柔性輪通過支撐法蘭固定在手臂底座上，驅(qū)動電機的輸出軸通過鍵與驅(qū)動軸連接，軸通過鍵與套筒連接并一起轉(zhuǎn)動。波發(fā)生器通過法蘭與套筒剛性連接，套筒通過鍵與固定在支撐法蘭上的電磁制動器連接。帶有內(nèi)環(huán)的從動剛性輪與吊桿殼體固定連接。因此，動臂殼體與剛性輪一起在軸承上旋轉(zhuǎn)。該伺服電機驅(qū)動的臂關(guān)節(jié)經(jīng)諧波減速器減速后，結(jié)構(gòu)緊湊，臂轉(zhuǎn)角范圍寬。電動關(guān)節(jié)機器人的手臂是由高強度鋁合金制成的薄壁框形結(jié)構(gòu)，其運動由齒輪驅(qū)動，具有較高的傳動剛度1.2.2大臂電機的選擇動臂電機驅(qū)動動臂擺動，選擇75BYG4501型號，如下表所示：

11、表1-1動臂電機參數(shù)模型步進(jìn)角相位號激勵電壓/V相電流/A靜轉(zhuǎn)矩/NM空載啟動動態(tài)頻率/PPS空車廂行頻率/KPPS轉(zhuǎn)動慣性/kgcm2相位電感/mH重量/kg75BYG 45010.9/1.845031.51200150.92.51.51.2.3大臂諧波齒輪傳動的設(shè)計1.諧波減速器在機器人中的應(yīng)用諧波減速器因其傳動比大、承載能力強、傳動精度高、傳動平穩(wěn)、效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。在該設(shè)計中，在臂上使用了諧波減速器。目前，工業(yè)機器人常用的諧波減速器有三種。在本設(shè)計中，選擇了杯形柔輪諧波傳動。如圖1.1所示，它由三個基本部件組成，即帶法蘭的環(huán)形剛性皮帶輪6、杯形柔

12、輪1和由柔性軸承5和橢圓盤4組成的波浪發(fā)生器，橢圓盤4通過端面爪式聯(lián)軸器3與輸出軸套2連接。傳動裝置的結(jié)構(gòu)簡化且緊湊，因為它由三個基本部件組成，沒有單獨的外殼。圖1.1諧波齒輪減速器2.諧波減速器的工作原理諧波齒輪傳動的工作原理如圖4-16所示。如果剛性輪g是固定部件，則波發(fā)生器/是驅(qū)動部件，柔性輪r是從動部件。當(dāng)波浪發(fā)生器安裝在柔輪的內(nèi)孔中時，由于波浪發(fā)生器的兩個滾輪的外側(cè)之間的距離略大于柔輪的內(nèi)孔的直徑，原來圓形的柔輪彈性變形為橢圓形，其長軸兩端的齒與剛性花鍵的齒完全嚙合。同時，柔性花鍵短軸兩端的齒在變形后與剛性花鍵的齒完全分離，其他齒根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向處于“嚙合”或“嚙合”狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)

13、旋轉(zhuǎn)時，嚙合面積和嚙合面積將隨著橢圓長軸和短軸相位的變化而依次變化。因此，撓性花鍵相對于靜止的剛性輪以與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動方向相反的方向低速轉(zhuǎn)動。柔輪的長軸和短軸相位的連續(xù)變化使得柔輪在其圓周上的變形為連續(xù)的諧波形狀。因此，這種傳輸稱為諧波傳輸。根據(jù)吊臂的運動要求和吊臂運動的轉(zhuǎn)動慣量，我們選擇了標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器，其性能參數(shù)如下表所示：表1-2諧波齒輪減速器性能參數(shù)規(guī)格乘積模型模量m減速比一額定輸入機器人是一種多功能性很強的自動操作設(shè)備，末端執(zhí)行器是直接執(zhí)行操作任務(wù)的裝置。大多數(shù)末端執(zhí)行器根據(jù)其不同的任務(wù)要求在結(jié)構(gòu)和尺寸上進(jìn)行設(shè)計，從而形成多種結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)用途不同，可分為機械手爪、吸附末端執(zhí)行器和專

14、用工具，安裝在機械手手腕或手臂的機械接口上。在大多數(shù)情況下，末端執(zhí)行器是專門為特定目的而設(shè)計的，但它也可以被設(shè)計成多功能的末端執(zhí)行器。為了方便地更換末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)換器可以被設(shè)計成在操縱器上形成機械接口。簡單的法蘭可以作為接口開關(guān)，本設(shè)計采用法蘭接口。焊槍直接連接到末端執(zhí)行器的法蘭上。設(shè)計要求：無論是夾緊還是吸附，末端執(zhí)行器都應(yīng)具有足夠的夾緊力和所需的夾緊位置精度，以滿足操作要求。末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，重量應(yīng)盡可能輕，以減少手臂上的負(fù)載。這種特殊的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，但是能夠完成各種操作的末端執(zhí)行器可能會帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的缺點。因此，建議設(shè)計一種可快速更換的系列

15、化通用專用末端執(zhí)行器。這次設(shè)計的產(chǎn)品是一個五自由度的焊接機器人，所以它的末端執(zhí)行器是一個焊槍。隨著氣體保護焊的廣泛應(yīng)用，氣體保護焊具有更大的實現(xiàn)自動化的能力，所以我選擇了氣體保護焊，并用端部法蘭將其固定在手腕的末端。具體選擇原則如下：1、送絲機的選擇根據(jù)安裝方法，配備弧焊機器人的送絲機可分為兩種類型。一是將送絲機安裝在機器人上臂的背面，并與機器人集成在一起；另一種方法是將送絲機與機器人分開安裝。由于一體式送絲機和焊槍之間的距離比分離式的短，并且連接送絲機和焊槍的軟管也更短，所以一體式送絲機的阻力比分離式的小。從提高送絲穩(wěn)定性的角度來看，整體式優(yōu)于分體式。目前，弧焊機器人的送絲機構(gòu)已經(jīng)越來越多地集成安裝。然而，對于希望在焊接過程中自動改變焊槍(改變焊絲的直徑或類型)的機器人，必須選擇單獨的焊絲進(jìn)給機。送絲機的結(jié)構(gòu)有一對送絲輥和兩對輥；有僅使用一個馬達(dá)來驅(qū)動一對或兩對輥子的，也有分別使用兩個馬達(dá)來驅(qū)動兩對輥子的。從送絲力來看，兩對輥的送絲力大于一對輥的送絲力。當(dāng)使用藥芯焊絲時，由于藥芯焊絲是軟的，輥子的壓力不能像使用實心焊絲時那樣大。為了保證足夠的送絲推力，采用兩對滾輪的送絲機可以有更好的效果。對于送絲機與機器人整體連接的安裝方式，雖然送絲機軟管相對較短，但有時為了方便更換送絲機托盤，送絲機托盤或筒體被放置在遠(yuǎn)離機器人的安全圍欄外，這就要求送絲機有足