资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共44页)
编号：1535239
类型：共享资源
大小：3.01MB
格式：ZIP
上传时间：2017-08-06
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
150
积分
- 关 键 词：
-
焊接
机器人
总体
整体
设计
全套
cad
图纸
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
1 课题名称 焊接 机器人 的 总体 设计 一、论文的设计目的和意义 各种机器人近年来发展迅速，采用并联运动机构实现多座标位置控制具有重量轻、机械结构简单等优点。 传统的工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和装配工作。工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替这一方面可以减轻工人的劳动强度另一方面可以大大提高劳动生产率。 焊接机器人是从事焊接 (包括切割与喷涂 )的工业机器人。根据国际标准化组织 (业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机 (具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊 (割 )枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，其技术已日益成熟 ，在各行各业已得到了广泛的应用 ，主要有以下优点 : 1)稳定和提高焊接质量 ; 2)提高劳动生产率 ; 3)改善工人劳动强度，可在有害环境下工作 ; 4)降低了对工人操作技术的要求 ; 5)缩短了产品改型换 代的准备周期，减少相应的设备投资。 本题目设计一种基于轻型焊接 机器人，将计算机、多轴运动控制器、可编程序控制器 用于机器人进行轨迹控制。任务是为研制能逐步用于实际工业生产制造 的机器人。 二、论文设计的要求 侧重于设计、计算与绘图能力的培养和工程基本训练。学生在教师指导下独立完成一项给定的设计任务，学生依据设计任务进行资料的调研收集、加工与整理和正确使用工具书，掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力。设计说明书的字数不少于 2 万字，工程绘图量不少于折合成图幅 为 图纸 3 张；引导学生应用计算机进行设计、计算与绘图。 三、 主要内容 1 明确设计的要求 2 按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制作动作流程图、初步确定传动功率、控制流程和方式。 3 明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制、材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制 。 4 综合审核各方面的内容 。 四 、完成论文所具备的条件因素 重要基础。 有各种专业书籍资料期刊报纸杂志可供查阅，还可以利用网络搜索相关资料，进一步了解相关知识 。 2 师的 帮 助下，对所完成的进行修改整理 。 五、 预期成果 （ 1 张） （不少于 3 张） 路图 （ 1 张） （ 1 份） 六 、论文完成的阶段内容及时间安排 2015 年 12 月 29 日 2016 年 01 月 09 日 选题 ，指导教师讲解课题，明确提出论文的主要内容、任务要求、主要参考资料和进度计划等。 2016 年 03 月 09 日 2016 年 03 月 13 日完成开题报告交给指导教师，进行毕业设计（论文）的主体内容的研究、设计与论文撰写。 2016 年 03 月 16 日 2016 年 05 月 18 日进行课题研究， 完 成具有示教功能的两坐标位置控制系统的 结构 设计 与分析 ，并绘制总装图 ； 完成控制部分的硬件设计，并绘制电路图 。 2016 年 05 月 18 日 2016 年 05 月 22 日 撰写、整理、并完成毕业设计说明书等资料 完成毕业论文，交指导教师。并根据指导老师的意见进行修改。 2016 年 05 月 23 日 2016 年 05 月 31 日：通过指导老师评定，毕业设计论文定稿毕业设计论文要求装订完毕。 2016 年 05 月 31 日 2016 年 06 月 10 日 : 进行毕业答辩。 七、参考文献 1 梁 峰，王志良 M术电子期刊，2000. 2 李朝青 M京航空航天大学出版社 ,2010. 3 吴华波，钱春来 路舵机控制器设计 M嘉兴学院 ,1999. 4 王耀南 M学出版社 ,2004. 5 周兴华 . 片机 C 语言高级程序设计 M 中国电力出版社 , 2008. 6 王敏，金波斯科，黄心汉 J2000. 7史国生 M化学工业出版社， 2010 8阮燕，陈德领 图 M国劳动社会保障出版社， 2013. 9 阳夏冰，罗光汉 用技术（ ） M防工业出版社，2014. 10 薛峰，朱晓骏 M京理工大学出版社， 2015. 11胡竟湘 M连理工大学出版社， 2015. 12孙桓，葛文杰 M等教育 出版社， 2013 13蒲良贵，陈国定 M高等教育出版社， 2014 14蔡自兴，机器人学 M北京 ：北京大学出版社， 2009. 15胡凤兰，互换性与技术测量基础 M等教育出版社， 2010. 指导教师签名 日期 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 I 本科毕业设计（论文） 题 目 焊接机器人的总体设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二一六年四月 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 要 各种机器人近年来发展迅速，采用并联运动机构实现多座标位置控制具有重量轻、机械结构简单等优点。传统的工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和 装配工作。工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替这一方面可以减轻工人的劳动强度另一方面可以大大提高劳动生产率。焊接机器人是从事焊接 (包括切割与喷涂 )的工业机器人。根据国际标准化组织 (业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机 (具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊 (割 )枪的，使 之能进行焊接，切割或热喷涂。主要有以下优点 : 1)稳定和提高焊接质量 ; 2)提高劳动生产率 ; 3)改善工人劳动强度，可在有害环境下工作 ; 4)降低了对工人操作技术的要求 ; 5)缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。 本题目设计一种基于轻型焊接机器人，将计算机、多轴运动控制器、可编程序控制器 务是为研制能逐步用于实际工业生产制造的机器人。焊接机器人具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点。 本文焊接机器人的研究方向： （ 1） 焊接机器人 组成原理的研究 研究 焊接机器人 自由度计算、运动副类型、支铰类型以及运动学分析、建模与仿真等问题。 （ 2） 焊接机器人 运动空间的研究 （ 3） 焊接机器人 结构设计的研究 焊接机器人 的结构设计包括很多内容，如机构的总体布局、安全机构设计。 由于本人水平有限，文中的错误和不足在所难免，恳请各位 老师 给予批评 和 指正 。 关键词 ： ,机械手 ； 焊接机器人 ；虚拟样机； 焊接机器人 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 a of be as a be as in in of of (1) on of of of of (2) as , of (3) of as of of my in be to of 焊接机器人的总体设计 录 摘 要 . . 录 . 1 章 前 言 . 1 接机器人的应用背景 . 1 接机器人的概述 . 1 接机器人的 优点 . 2 接机器人的发展历史 . 2 接行业中采用焊接机器人的重要性 . 4 题研究背景意义 . 5 内外研究现状 . 7 第 2 章 焊接机器人的结构及工作原理 . 10 联运动机构概述 . 10 联的结构及机械运动原理 .制系统结构及工作原理 .接机器人工作空间的分析 . 13 持机构工作空间的分析 . 13 部结构设计的基本要求 . 15 第 3 章 焊接机器人主要部件的设计 . 17 动机选型 . 17 机的分类 . 17 择步进电机的计算 . 18 动结构形式的选择 . 21 何参数的计算 . 21 轮波发生器及其薄壁轴承的计算 . 22 轮齿面的接触强度的计算 . 23 轮疲劳强度的计算 . 24 结构尺寸设计 . 25 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 V 的受力分析及计算 . 26 承的寿命校核 . 27 第 4 章 焊接机器人机焊接机器人空间分析 . 30 接机器人的运动学约束 . 30 杆杆长约束 . 30 动副转角约束 . 30 杆杆间干涉 . 31 定焊接机器人空间的基本方法 . 31 制部分设计 . 32 编程序控制器的选择及工作过程 . 32 编程序控制器的使用步骤 . 33 编程序控制器控制方案 . 34 制原理图设计 . 35 形 图概述 . 35 总 结 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 X 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 1 第 1 章 前 言 接机器人的应用背景 工业制造领域中应用最广泛的机器人是焊接机器人，特别是在汽车制造业中，机器人使用量约占全部工业机器人总量的 30%，而其中的焊接机器人数量就占去 50%左右。 焊接是现代机械制造业中必不可少的一种加工工艺方法，在汽车制造、工程机械、摩托车等行业中占有重要的地位。过去采用人工操作焊接加工是一项繁重的工作， 随着许多焊接结构件的焊接精度和速度要求越来越高，一般工人已难以胜任这一工作。此外，焊接时的电弧、火花及烟雾等对人体会造成伤害，焊接制造工艺的复杂性、劳动强度、产品 质量、批量等要求，使得焊接工艺对于自动化、机械化的要求极为迫切，实现机器人自动焊接代替人工操作焊接成为几代焊接人的理想和追求目标。汽车制造的批量化、高效率和对产品质量一致性的要求，使焊接机器人在汽车焊接中获得大量应用。汽车制造中的机器人自动焊接所占比重也超过建筑、造船、钢结构等其它行业，这也反映出汽车焊接生产所具有的自动化、柔性化、集成化的制造特征。焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产方式。刚性自动化生产设备通常都是专用的，只适用于中、大批量的自动化 生产，因而在很长一段时期内中、小批量产品的焊接生产中，仍然以手工焊接为主要的焊接方式，而焊接机器人的出现，使小批量产品自动化焊接生产成为可能。由于机器人具有示教再现功能，完成一项焊接任务只需要人给机器人作一次示教，随后机器人可精确的再现示教的每一步操作。如果需要机器人去作另一项工作，无需改变任何硬件，只要对机器人再作一次示教或编程即可，因此，在一条焊接机器人生产线上，可同时自动生产若不同产品。 接机器人的概述 焊接机器人是集机械、计算机、电子、传感器、人工智能等多方面知识技术于一体的现代化、自动化 设备。焊接机器人主要由机器人和焊接设备两大部分构成。机器购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 2 人由机器人本体和控制系统组成。焊接设备以点焊为例，则由焊接电源、专用焊枪、传感器、修磨器等部分组成。此外，还有相应的系统保护装置。 接机器人的优点 (1) 稳定和提高焊接质量，保证焊缝均匀性 ; (2) 提高劳动生产率，一天可 24小时连续工作 : (3) 改善工人劳动条件，可以在有毒、有害的环境下工作 ; (4) 降低对工人操作技术的要求 ; (5 )可实现小批量产品的焊接自动化 ; (6) 能在空间站建设、核能设备维修、深水焊接等极限条件下完成人工 无法或难以进行的焊接作业 ; (7 )为焊接柔性生产线提供技术基础。 接机器人的发展历史 从二十世纪六十年代焊接机器人诞生和发展到现在，焊接机器人研究大致分为三代：第一代是指基于示教再现方式的焊接机器人，由于其操作简便、不需要环境模型，并且可以在示教时修正机械结构带来的误差，因此在焊接生产中得到大量的应用。第二代是指基于一定传感器传递信息的离线编程机器人，它得益于焊接传感技术和离线编程技术的不断改进和快速发展，目前这类机器人己经进入实际应用研究阶段。第三代是指具有多种传感器，在接收作业指令后可根 据客观环境自行编程的高度适应性智能焊接机器人。 这一代机器人由于人工智能技术发展的滞后，目前正处于实验研究阶段。 随着计算机智能控制技术的不断发展进步，焊接机器人从单一的示教再现型向多传感器、智能化、柔性化加工方向发展必将是下一个目标。最近几十年来，随着焊接技术和其他科学技术的迅猛发展，出现了激光、电子束、等离子及气体保护焊等新的焊接方法以及高质量、高性能焊接材料的不断发展和完善，使得几乎所有的工程材料都能实现焊接。而且焊接自动化技术发展迅速，自动化焊接的生产方式越来越多的代替了手工焊接生产方式。在各种焊接 技术及焊接系统中， 以电子技术、信息技术及计算机技术综合应用为标志的焊接机械化、自动化系统乃至焊接柔性制造系统，是信息购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 3 时代焊接技术的重要特点。实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化己成为必然趋势。 采用机器人焊接己成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到人们越来越多的重视。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化。国外发达工业国家在制造业中应用工业机器人技术相当广泛，从上个世纪六十年代初焊接工业机器 人刚诞生不久就开始应用机器人进行焊接加工，经过四十多年的技术发展和经验积累，不仅技术上相当成熟，而且在实际应用上也很成功，国际上许多大型汽车企业都广泛采用机器人进行汽车制造的焊接加工，大大提高了汽车产品的质量和生产效率，获得很好的经济效益和社会效益。 美国通用、福特，日本丰田、日产，德国大众、宝马等大型汽车企业基本上建立了全部采用机器人焊接的车身焊接生产线。发达国家焊接自动化生产从最初的半自动化，采用焊接机器人代替手工焊接，但上下料、待焊工件定位夹紧等工作仍需手工完成，现今已发展成柔性自动化焊接生产线，整个 焊接过程均自动完成。当今的汽车产品改型换代相当频繁，不同的车型需要不同的焊接生产线，如果重建新的焊接生产线，要花费大量资金，而原有的焊接生产线则被闲置或报废，造成极大浪费。假如焊接生产线具有柔性，则只须对生产线进行局部改造就可以满足新产品车型的生产需要。自动化焊接生产线是由焊接设备、焊接工装夹具及自动控制和机械化运输系统等组成，其中焊接设备的柔性是决定焊接生产线柔性的关键。而焊接机器人是机体独立、动作自由度多、程序变更灵活、自动化程度高、柔性程度好的焊接设备，具有多用途功能、重复定位精度高、焊接质量高、运动 速度快、动作稳定可靠等特点，是焊接设备柔性化的最佳选择。 我国的机器人焊接应用起步较晚，二十世纪七十年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于“上海牌”轿车底盘的焊接，可以看作是我国机器人焊接应用的萌芽，虽然这还不是严格意义上的机器人焊接。到了二十世纪八十年代，我国应用机器人焊接生产的发展开始明显加快，主要是在一些大、中型的汽车、摩托车、工程机械等制造业企业中广泛采用，特别是在汽车制造企业，焊接机器人的应用最为广泛。 1984年“一汽”成为我国最早引进焊接机器人进行汽车制造 的企业，先后从德国 台焊接机器人用于当时的“红旗牌”购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 4 轿车的车身焊接和“解放牌”卡车的车顶盖焊接。 1986年又成功应用机器人焊接汽车前围总成， 1988 年又开发了机器人焊接车身总焊装线。此后随着德国大众等一批世界著名汽车企业在中国合资办厂，带来了一系列自动化生产设备和工艺装备，使焊接机器人大量进入我国。到 2001年，我国全国各类焊接机器人数量就达到一千台，此后由于我国汽车行业的迅猛发展，我国焊接机器人每年以近千台的数量剧增， 目前己突破五千台。汽车制造中的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢 这六大总成加工都离不开焊接技术应用，随着我国汽车需求量的激增，汽车制造业急需适应市场需求的先进加工技术来改变传统的加工方法。焊接加工作为汽车制造中重要的技术之一，也亚需采用先进的自动化加工技术来替代传统的落后的加工方法，提高汽车产品的质量和生产率，提升中国制造业自动化水平。汽车工业的技术水平和生产能力代表一个国家工业技术水平，我国汽车工业正在步入一个高速发展的快车道，并成为国民经济的重要支柱产业，对国民经济的贡献和提高人民生活质量的作用也越来越大。 中国加入 ，面对国际市场的激烈竞争，中国的制造企业， 特别是汽车工业急需引进、开发具有世界先进水平的生产线。目前，我国许多大型的汽车制造企业都在努力进行现代化的技术改造，如在焊接加工中采用半自动、全自动化加工技术，运用机器人来完成人工动作，如焊接机器人、上下料机器人、搬运机器人等。利用机器人焊接可以有效提高产品质量、降低能耗、改善工人劳动条件、稳定和保证焊接质量。虽然我国已经掌握了焊接机器人生产的关键技术，并且也有专门生产焊接机器人的工厂，但是机器人产品同世界先进产品相比，在性价比上还有很大差距。目前我国焊接机器人应用主要以自我设计开发焊接辅助设备为主，结合先 进的焊接机器人产品，研发出焊接机器人工作站、焊接机器人生产线等自动化焊接加工系统，应用于我国飞速发展的汽车工业及其它制造业。 接行业中采用焊接机器人的重要性 由于存在焊接烟尘、弧光、金属飞溅，焊机环境恶劣，焊接质量的好坏决定了产品的质量。主要的重要性如下： 1） 焊接质量稳定并得到提高，均一性得到保障。焊接结果主要受焊接电流、电压、速度及干伸长度等焊接参数的影响。机器人焊接时，每条焊缝的焊接参数恒定，购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 5 人为影响比较小。当人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是变化的，质量的均一性不能保障。 2） 工人劳动 条件得到改善。工人在焊接机器人的应用中只负责装卸工件，从而远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊工人来说，不用再搬运笨重的手工焊钳，工人的劳动强度得到了改善。 3） 劳动生产率得到提高。机器人不会感到疲劳，可以整天 24 小时连续生产，随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，劳动生产效率得到大大的提高。 4） 产品周期明确，产品产量容易控制。机器人的生产环节是固定的，所以安排生产的计划将会非常明确。 5） 大大缩短了产品改型换代的周期 ,设备投资相应减少。焊接机器人可以实现小批量产品的自动化，通过修改程序来 适应不同工况，较传统焊接优势明显。 题研究背景意义 焊接机器人与已经用的很好、很广泛的串联机器人相比往往使人感到它并不适合用作机器人，它没有那么大的活动空间，它活动上平台远远不如串联机器人手部来得灵活。的确这种 6构的焊接机器人其工作空间只是一个厚度不大的蘑菇形空间，位于机构的上方，而表示灵活度的末端件 3 维转动的活动范围一般只在 60上下，角度最大也达不到 90。可是和世界上任何事物一样都是一分为二的，若用并联式的优点比串联式的缺点，也同样令人吃惊。首先，并联式结构其末端件上平台同时经由6 根杆支承，与串联的悬臂梁相比，刚度大多了，而且结构稳定；第二，由于刚度大，并联式较串联式在相同的自重或体积下有高得多的承载能力；第三，串联式末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大而精度低，并联式没有那样的积累和放大关系，误差小而精度高；第四，串联式机器人的驱动电动机及传动系统大都放在运动着的大小臂上，增加了系统的惯性，恶化了动力性能，而并联式则很容易将电动机置于机座上，减小了运动负荷；第五，在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而焊接机器人正解困难反解却非常容易。由于机器人的在线实 时计算是要计算反解的，这就对串联式十分不利，而并联式却容易实现。 焊接机器人实质上是机器人技术与机构结构技术结合的产物，与实现等同功能的传统五坐标数控机构相比，焊接机器人具有如下优点： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 6 刚度重量比大：因采用并联闭环静定或非静定杆系结构，且在准静态情况下，传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆，故传动机构的单位重量具有很高的承载能力。 响应速度快：运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质，允许动平台获得很高的进给速度和加速度，因而特别适于各种高速数控作业。 环境适应性强：便于可重组和模块化设计， 且可构成形式多样的布局和自由度组合。在动平台上安装刀具可进行多坐标铣、钻、磨、抛光，以及异型刀具刃磨等加工。装备机械手腕、高能束源或 像机等末端执行器，还可完成精密装配、特种加工与焊接机器人等作业。 技术附加值高：焊接机器人具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机电一体化产品，因此可望获得高额的经济回报。 目前，国际学术界和工程界对研究与开发焊接机器人非常重视，并于 90 年代中期相继推出结构形式各异的产品化样机。 1994 年在芝加哥国际机构博览会上，美国床公司、 司和 司首次展出了称为“六足虫”(“变异型” (数控机构与加工中心，引起轰动。此后，英国 罗斯 司，挪威 司，日本丰田、日立、三菱等公司 ,瑞士 究所，瑞典 司，丹麦 司，德国亚琛工业大学、汉诺威大学和斯图加特大学等单位也研制出不同结构形式的数控铣床、激光加工和水射流机构、焊接机器人机和加工中心。与之相呼应，由美国 家实验室和国家标准局倡议，已于 1996 年专门成立了 户协会，并在国际互联网上设立站点。近年来，与焊接机器人和并联机器人操作机有关的学术会议层出不穷，例如第 47 49 届 会、 1998 1999 年 会、 25 届机构学双年会、第 10 届 界大会均有大量文章涉及这一领域。由美国国家科学基金会动议， 1998年在意大利米兰召开了第一届国际并联运动学机器专题研讨会，并决定第二届研讨会于 2000 年在美国密执安大学举行。 1994 1999 年期间，在历次大型国际机构博览会上均有这类 新型机构参展，并认为可望成为 21 世纪高速轻型数控加工的主力装备。 我国已将焊接机器人的研究与开发列入国家“九五”攻关计划和 863 高技术发展计划，相关基础理论研究连续得到国家自然科学基金和国家攀登计划的资助。部分高校还将焊接机器人的研发纳入教育部 211 工程重点建设项目，并得到地方政府部门的支持且吸引了机构骨干企业的参与。在国家自然科学基金委员会的支持下，中国大陆购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 7 地区从事这方面研究的骨干力量，于 1999 年 6 月在清华大学召开了我国第一届并联机器人与焊接机器人设计理论与关键技术研讨会，对焊接机器人的发展现状、未来 趋势以及亟待解决的问题进行了研讨。 内外研究现状 焊接机器人具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度、重量轻、机械结构简单、标准化程度高和模块化程度高等优点 ,在要求精密加工的航空航天、兵器、船舶、电子等领域得到了成功的应用。 (1)串联结构中的横梁部件很容易受到弯曲扭矩的作用而产生扭曲变形，从而产生动态误差； (2)由于采用串联的方法，因而整个运动误差是每个坐标轴运动误差的累加； (3)由于运动部件质量较重，从而使的运动惯性增大，运动速度收到限制，因而直接影响了焊接机器人效率； (4)不满足 焊接机器人 的基本原理 阿贝原理 ； (5)由于受 X， Y， Z 相互垂直导轨的约束，测头的空间位姿不够灵活。 图 1通笛卡尔式串联结构示意图 从整个发展进程不难看出， 焊接机器人 技术是为满足日益进步的制造技术的需求而不断向前发展的，是为先进制造技术而服务的。近几年，随着精益生 产、敏捷制造、虚拟制造、并行工程和逆向工程等各种先进制造思想和理论的不断提出，对 焊接机器人 机的 焊接机器人 精度、 焊接机器人 效率及灵活性等相应的技术指标又提出了更高的要求，而传统的具有笛卡儿坐标系结构的三 焊接机器人 机因其自身结构的限制已很难达到这一要求，于是，各种非笛卡儿式 焊接机器人 技术应运而生并迅速发展起来 13。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 8 图 1种非笛卡尔串联机构焊接机器人机结构示意图 当今国际市场需求快速变化的特点和 21 世纪更加个性化的市场趋势 ，促进了快速设计和制造技术的发展。并联焊接机器人机是近 30 年发展起来的一种高效率的新型精密焊接机器人仪器，克服了传统串联焊接机器人机结构布局的固有缺陷，有效地降低重量和提高对生产环境的适应性，满足了快速多变的市场需求。与常用的串联焊接机器人机相比，它的优点是 : (1)并联中的可动平台同时经由 3 根可沿各自轴向伸缩的连杆支撑，从而使整个系统的刚度较串联机构相比有较大程度的提高； (2)各并联杆件只承受沿轴向的线性调节力的作用 ,因而其运动误差小，不易变形； (3)焊接机器人中 ,各杆件间不存在误差累积和放大关系，容 易实现高精度焊接机器人； (4)并联运动机构中运动部件的惯性质量小，刚度大，因而有望实现高速、高效率焊接机器人； (5)可以将焊接机器人点放置在测长装置的延长线上，从而减小阿贝误差对焊接机器人结果的影响； (6)并联焊接机器人机测头的空间位姿灵活，可从任何角度进入工作表面，因而对表面形状复杂 ,孔隙方位多的零件焊接机器人比较方便； (7)焊接机器人结果不易受空气波动、温度变化等因素的影响； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 9 (8)不需要复杂的跟踪机构、控制装置等； (9)焊接机器人具有“硬件”简单，“软件”复杂的特点，是一种技术附加值很高的机 电一体化产品 ,因而渴望获得高额的经济回报。 由此可以看出，焊接机器人恰好能够对串联机构的应用局限进行恰当的补充，这无疑为新一代焊接机器人机的开发与研制带来了希望，从而为拓宽焊接机器人机的应用领域，促进产品的多样化，提高产品的市场竞争力奠定了坚实的理论基础。 近年来，以 焊接机器人 学为理论依据的智能机器人技术及计算机数控加工技术的研究引起了各国学者的极大兴趣，现已成为新的研究热点，并认为是 21 世界极具发展前景的先进技术 14由于并联运动机构具有结构刚性大、运动速度高、误差不叠加等独特特性，因而若将其应 用于 焊接机器人 机中，将有可能使 焊接机器人 机的 焊接机器人 精度及 焊接机器人 效率等综合性能得到很大程度的改善。由此可以看出，并联运动机构理论及应用研究的兴起也为新型 焊接机器人 机的开发提供了机遇，所以，开展并联运动机构的研究工作是非常必要的。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 10 第 2 章 焊接机器人的结构及工作原理 联运动机构概述 从 焊接机器人 的结构特点不难看出， 焊接机器人焊接机器人 机属于一种新型非笛卡儿式 焊接机器人 系统。传统的笛卡儿式 焊接机器人 系统对空间位置坐标的 焊接机器人 是直接通过三个相互垂直的长度基准来实现的，也就是说，这种 焊 接机器人 机的 焊接机器人 模型是直接建立在直角坐标系基础之上的，因而该 焊接机器人 机具有 焊接机器人 建模容易， 焊接机器人 结果直观、数据处理简单、符合大多数工件 焊接机器人 的需要等优点。而对于由并联闭环机构所组成的并联 焊接机器人 机来说，其测头处的空间位置坐标是有若干个并联调节器的长度基准和连接上下平台的球形副（或转动副）的角度基准来表述的，由于这些变量参数之间的关系是非线性，所以与普通直角型 焊接机器人 机相比 焊接机器人焊接机器人 机的 焊接机器人 建模问题就变得十分复杂。 并联运动机构是指上、下平台用 2 个或 2 个以上分支相连，机 构具有 2 个或 2 个以上自由度，且以并联方式驱动的空间闭环运动机构。由于并联运动机构具有刚度重量比大，运行速度高、末端执行器位姿灵活、误差不叠加、结构简单、易于模块化设计等优点 ，因而在许多领域都已得到广泛的应用。例如：德国汉诺威、斯图加特大学及不伦瑞克大学等已先后将并联运动机构应用于激光加工、机构、普通装配及医学等领域中。国内一些知名大学，如清华大学、天津大学、东北大学、燕山大学和哈尔滨工业大学等等，也正在开展 焊接机器人 方面的研究工作。 实际上， 焊接机器人焊接机器人 机的 焊接机器人 建模问题就是 焊接机器人 的正运动 求解问题。所谓正运动求解，就是在已知 焊接机器人 中各运动副的位置参数及各并联调节器杆长变化量的情况下，来计算末端执行器（如测头）出的空间位置坐标。由空间机构学理论可知并联闭环机构的位置反解比较容易，但其位置正解却相当复杂，到目前为止，也只能给出其数值解，且明显存在多解现象。 我们通过对 焊接机器人焊接机器人 机的布局结构进行优化，即将连接上下活动平台的运动副以等边三角形的方式进行排列，从而使个运动副之间的相互关系简洁化，然后充分利用机构的运动约束和集合约束关系，建立由对应机构组成的并联 焊接机器人 机的 焊接机器人 模型 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 11 联的结构及机械运动原理 本文所研究的 焊接机器人 的结构见图 26。由图 以看出，该主要由上下2 个平台和连杆组成。 从机构的连接方式不难看出，三个中间连杆的运动是相互关联和制约的，而不是相互分立的，因此，这种机构属于并联运动机构。焊接机器人 的工作原理十分简单，它是通过移动副的调节器来控制移动副的伸缩，使连杆长度发生变化，从而使测头移动至测点位置，然后再由安装在移动副内的长度 焊接机器人 装置测出杆长的变化量，并以此为依据，计算出测点处的空间坐标。 图 2接机器人结构简图 制系统结构及工作原理 焊接机器人焊接机器人 机的控制与 焊接机器人 系统结构示意图如图 2示： 由图可以看出来，该 焊接机器人焊接机器人 机的控制与 焊接机器人 系统主要由三个基本单元组成，它们是： 理器单元，伺服电机控制单元和 焊接机器人 数据采 集与存储单元。 理单元主要完成数据处理、数据显示、几何尺寸计算和三维形体的重建等，同时还负责向其他两个单元发送控制指令，以便协调整个系统的工作。伺服购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 焊接机器人的总体设计 12 电机控制单元则主要是依据 算机所发送的控制指令对三个伺服电机的运行状态进行控制，从而确保他们按实际要求正常运转。 焊接机器人 数据采集与存储单元主要用于完成对三个线性刻度尺（例如光栅尺、激光干涉仪等）输出的脉冲信号进行记数，并将计数结果存储到对应的三个存储器中，以便于 算机进行读取。 图 2制与焊接机器人系统框图 上述控制与 焊接机器人 系统的工作 原理可简述如下： 当操作人员通过计算机键盘（或其他键控开关）向计算机发出控制命令后， 理器则通过 I/O 控制器接口向三个交流伺服电机分别发出相应的运行控制指令。当三个伺服电机接受到正确的指令信息后，即驱动各自的滚珠丝杠进行旋转，从而带动相应的移动副按实际要求进行伸缩，使测头向目标点移动；同时，随着移动副的伸缩，与之相连的线性长度记录仪（如光栅尺等）开始输出计数脉冲，并由三个 32 位的计数器分别进行计数。若测头移动过程中，连杆或运动副出现干涉现象，则驱动系统将立即向计算机反馈信息，以便通知计算机及时调整三个伺 服电机的运行状态，及时修正测头的运行轨迹，从而确保测头安全、柔性地到达 焊接机器人 点位置。 当测头与被测目标点接触的一刹那，测头的微动开关将产生一触发脉冲，并将其反馈给 算机作为采样触发信号。 算机接收到该采样指令后，则向 32 位计数器发出读数指令，随后便将计数器中的三个脉冲计数值读入处理器，经相应处理软件计算后，得到该 焊接机器人 点处的实际空间坐标值，从而完成一次坐标采样过程。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号