焊接機械手結(jié)構(gòu)的設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 題 目： 焊接機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 of 指導(dǎo)教師： 職稱 : 職稱 : 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 20**年 **月 **日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 中期報告 撰寫內(nèi)容要求： 設(shè)計（論文）進展?fàn)顩r : 本階段的主要任務(wù)是完成了外文文獻的翻譯，對機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了更深層次的分析和理解，包括機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)受力的分析。通過以上分析，基本上完成了機械手的三維裝配圖，同時深刻體會到 件功能的強大；大概了解了機械結(jié)構(gòu)在選用過程中所依據(jù)的原則。 定了開題報告中擬采用的諧波 齒輪傳動型機械手。原因是現(xiàn)有的諧波減速器尺寸過大（最小的剛輪直徑為 25超過了設(shè)計要求的工作區(qū)間 (0因此決定采用另一種結(jié)構(gòu)形式。 兩臂組成。關(guān)節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標(biāo)。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 圖 1 設(shè)計整體為 4個自由度。分別為： 焊槍相對于小臂回轉(zhuǎn)； 小臂相對大臂回轉(zhuǎn)； 大臂相對機架回轉(zhuǎn)； 機架在水平有一個腰部回轉(zhuǎn)。 電機采用伺服電機。 下： 著大臂回轉(zhuǎn)，小臂回轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)焊槍和焊點的距離，使焊槍能夠接觸到焊點。最后腕部回轉(zhuǎn)，使焊槍能夠垂直于焊點，以完成焊接作業(yè)。 臂回轉(zhuǎn)的機械結(jié)構(gòu)如圖 2。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 圖 2 左側(cè)為電機，帶動軸轉(zhuǎn)動，軸和腕部剛性連接，從而帶動腕部回轉(zhuǎn)。軸和小臂殼體之間加一個深溝球軸承，以抵消徑向力，達(dá)到相對轉(zhuǎn)動的目的；小臂殼體和腕部加一個角接觸球軸承，以抵消徑向力和軸向力，從而使他們可以產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。 計如圖 3 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 圖 3 電機安裝在底座上，帶動一個小齒輪，小齒輪帶動大齒輪，大齒輪和殼體剛性連接。殼體和底座間加一個角接觸球軸承以實現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。 存在問題及解決措施 : 機械臂為大臂小臂兩節(jié)，要求工作區(qū)間 0滿足工作區(qū)間要求，所以需要擴大 1/3倍。因為 2≥ 2以當(dāng) a=602=2 A≈ 60 由于一般的電機驅(qū)動系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過傳動機構(gòu)來增加力矩，提高帶負(fù)載能力。對機器人的傳動機構(gòu)的一般要求有 : (l)結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動功率和傳動比時體積最小，重量最輕。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 注： 1） 正文：宋體小四號字，行距 20 磅 ，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。 2） 中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。(2)傳動剛度大，即由驅(qū)動器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時。角度變形要小，這樣可以提高整機的固有頻率，并大大減小整機的低頻振動 ; (3)回差要小，即由止轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度 ; (4)壽命長、價格低。 為了減小機構(gòu)運行過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動。 齒形帶傳動 是同步帶的一種，用來傳遞平行軸的運動。 齒輪帶的傳動比計算公式為： i=2=2 做裝配圖過程中總是出現(xiàn)報警等命令，致使工作無法正常進行。 其次，對機械結(jié)構(gòu)的理解還不是很到位等。 通過與同學(xué)的探討及老師的指點，使我對自己的畢業(yè)設(shè)計有了更深一步的認(rèn)識。我深深明白了設(shè)計與實際要緊密結(jié)合，要多動腦，勤思考。平時要多練習(xí)軟件。 后期工作安排 : 1算并核算選型。 3制設(shè)計相關(guān)的零件 圖和裝配圖。 5寫畢業(yè)論文。 7周：準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 開題報告 畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述 背景和研究意義 : 機器人的機械設(shè)計與一般的機械設(shè)計相比，既具有類 似性，又有其獨特性。從機構(gòu)學(xué)的角度來看，機器人的機械結(jié)構(gòu)可看作是一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、移動關(guān)節(jié)連接起來的開式運動鏈。 與一般機構(gòu)相比，機器人的開鏈結(jié)構(gòu)型式具有靈巧性和空間可達(dá)性等，但由于開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的，機械誤差和彈性變形的累計，影響機器人的剛度和精度。因此，機器人的機械設(shè)計既要滿足強度要求，又要考慮剛度和精度。另一方面，機器人的機械結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，是整個機器人伺服系統(tǒng)中的一個組成部分，無論是結(jié)構(gòu)的緊湊性、靈巧性，還是在運動時的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能，都比一般機構(gòu)有更 高的要求。 對 焊接機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行研究，目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機械結(jié)構(gòu)，以最大效益的滿足生產(chǎn)需要。 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 : 點焊機器人雖然有多種結(jié)構(gòu)形式，但大體上都可以分為 3大組成部分，即機器人本體、點焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的點焊機器人，其本體形式為直角坐標(biāo)簡易型及全關(guān)節(jié)型。前者可具有 1～ 3 個自由度，焊件及焊點位置受到限制；后者具有 5～ 6 個自由度，能在可到達(dá)的工作區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整焊鉗姿態(tài)，以適應(yīng)多種形式結(jié)構(gòu)的焊接。 焊接機器人基本上都屬于電動機驅(qū)動的工業(yè)機器人、液壓驅(qū)動的工業(yè)機器人 這兩類工業(yè)機器人，弧焊機器人大多采用電動機驅(qū)動機器人，因為焊槍重量一般都在 10焊機器人由于焊鉗重量都超過 35有采用液壓驅(qū)動方式的，因為液壓驅(qū)動機器人抓重能力大，但大多數(shù)點焊機器人仍是采用大功率伺服電動機驅(qū)動，因它成本較低，系統(tǒng)緊湊。工業(yè)機器人是由機械手、控制器、驅(qū)動器和示教盒 4 個基本部分構(gòu)成。對于電動機驅(qū)動機器人，控制器和驅(qū)動器一般裝在一個控制箱內(nèi)，而液壓驅(qū)動機器人，液壓驅(qū)動源單獨成一個部件，現(xiàn)分別簡述如下： 機械手 機器人機械手又稱操作機，是機器人的操作部分，由它直接帶動末端操作器。實現(xiàn)各種運動和操作，它的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，完全根據(jù)任務(wù)需要而定，其追求的目標(biāo)是高精度、高速度、高靈活性、大工作空間和模塊化?，F(xiàn)在工業(yè)機器人機械手的主要結(jié)構(gòu)形式有如下 3 種： 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 1、機床式 這種機械手結(jié)構(gòu)類似機床。其達(dá)到空間位置的 3個運動。是由直線運動構(gòu)成，其末端操作器的姿態(tài)由旋轉(zhuǎn)運動構(gòu)成，這種形式的機械手優(yōu)點是運動學(xué)模型簡單，控制精度容易提高；缺點是機構(gòu)較龐大，占地面積大、工作空間小。簡易和專用焊接機器人常采用這種形式。 2、全關(guān)節(jié)式 這種機械手的結(jié)構(gòu)類似人的腰部和手部，其位置和姿態(tài) 全部由旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)。這是工業(yè)機器人機械手最普遍的結(jié)構(gòu)形式。其特點是機構(gòu)緊湊、靈活性好、占地面積小、工作空間大，缺點是精度高、控制難度大。偏置式與正置式的區(qū)別是手腕關(guān)節(jié)置于小臂的外側(cè)或小臂活動范圍，但其運動學(xué)模型要復(fù)雜一些。目前焊接機器人主要采用全關(guān)節(jié)式機械手。 3、平面關(guān)節(jié)式 這種機械手的機構(gòu)特點是上下運動由直線運動構(gòu)成，其他運動均由旋轉(zhuǎn)運動構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)在垂直方向剛度大，水平方向又十分靈活，較適合以插裝為主的裝配作業(yè)，所以被裝配機器人廣泛采用。 機器人機械手的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但都是由 常用的機構(gòu)組合而成。現(xiàn)以美國 械手為例來簡述其內(nèi)部機構(gòu)，它是由機座、大臂、小臂、手腕 4 部分構(gòu)成，機座與大臂、大臂與小臂、小臂與手腕有 3 個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，以保證達(dá)到工作空間的任意位置，手腕中又有 3 個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：腕轉(zhuǎn)、腕曲、腕擺，以實現(xiàn)末端操作器的任意空間姿態(tài)。手腕的端部為一法蘭，以連接末端操作器。 每個關(guān)節(jié)都由一臺伺服電動機驅(qū)動， 械手是采用齒輪減速、桿傳動，但不同廠家采用的機構(gòu)不盡相同，減速機構(gòu)常用的是 4種方式：齒輪、諧波減速器、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿。傳動方式有桿傳動、鏈條傳動 、齒輪傳動等。其技術(shù)關(guān)鍵是要保證傳動雙向無間隙 ( 即正反傳動均無間隙 ) ，這是機器人精度的機械保證，當(dāng)然還要求效率高，機構(gòu)緊湊。 主要內(nèi)容及研究方案、研究方法或措施 主要內(nèi)容： 本設(shè)計研究汽車車身焊接的機械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。 進行機械手的原理方案設(shè)計，比較并提出系統(tǒng)的總體方案。 根據(jù)技術(shù)要求進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時對焊接機械手的驅(qū)動系統(tǒng)、機械手和焊接設(shè)備的機械接口等內(nèi)容進行設(shè)計。 技術(shù)要求： 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 腰部回轉(zhuǎn)最大角度 280度； 擺動最大角度 120 度； 直線位移范圍 0 研究方案、研究方法或措施： 先把本設(shè)計模塊化處理，它包含選型（坐標(biāo)型式），腰部回轉(zhuǎn)，手臂俯仰，直線位移，焊槍與手臂結(jié)合 5部分。細(xì)化每部分的設(shè)計思路如下表： 1 2 3 4 坐標(biāo)型式 直角坐標(biāo)式 圓柱坐標(biāo)式 球坐標(biāo)式 關(guān)節(jié)式 腰部回轉(zhuǎn) 齒輪傳動 蝸輪蝸桿 帶傳動 手臂俯仰 齒輪傳動 蝸輪蝸桿 帶傳動 直線位移 齒條傳動 液壓傳動 氣壓傳動 滾珠絲杠副 焊槍手臂結(jié)合 夾持式 吸附式 如圖可得：可 能采用的方案共： 488 種 本設(shè)計研究汽車車身焊接的機械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。 方案一：直角坐標(biāo)式機械手，蝸輪蝸桿傳動，直線位移液壓傳動，焊槍手臂結(jié)合吸附式。 方案二：關(guān)節(jié)式機械手，齒輪傳動，直線位移滾珠絲杠副。焊槍手臂夾持式。 方案三：直角坐標(biāo)式機械手，齒輪傳動，直線位移齒條傳動，焊槍手臂結(jié)合夾持式。 方案四：球坐標(biāo)式機械手，齒輪傳動，直線位移氣壓傳動，焊槍手臂結(jié)合吸附式。 本設(shè)計中要求腰部回轉(zhuǎn)和手臂俯仰，加工范圍較大；盡可能減少機體空間更優(yōu)；并要求進行 電焊，因此對位置精度要求較高；焊槍要長時間工作。 因此選用方案二為最優(yōu)方案。 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 重點： 1、原理方案的確定 2、主要參數(shù)的確定 3、機身的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 難點： 各個部分的準(zhǔn)確定位； 合理的機械結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計要求； 前期已開展工作： 在對焊接機械手有足夠的了解之后，對設(shè)計提出構(gòu)想，初步構(gòu)想如圖： 在設(shè)計中，機械手的關(guān)節(jié)均采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的形式，每個關(guān)節(jié)由兩個箱體所組成。兩個箱體之間安裝有能夠承受徑向和軸向載荷的深溝球軸承，通過軸 承的傳遞實現(xiàn)一個相對轉(zhuǎn)動，即能實現(xiàn)一個轉(zhuǎn)動的自由度。 由于電機轉(zhuǎn)速過快，需要減速。因此箱體內(nèi)部集成了一個諧波減速器，電機安裝在與箱體 1 相連的連桿 A 內(nèi)部，電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動通過諧波減速器減速傳遞到箱體 2，箱體 2帶動與其相連的連桿 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 關(guān)節(jié)傳動原理如圖所示： 本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，故關(guān)節(jié)均采用上述的結(jié)構(gòu)，分別為兩種運動 :俯仰和回轉(zhuǎn)。需要實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作的關(guān)節(jié)，把連桿安裝在箱體的中軸線 上 ;需要實現(xiàn)俯仰動作的關(guān)節(jié)，把連桿安裝在箱體的側(cè)壁。 對于直線位移部分： 導(dǎo)軌副的選用：需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導(dǎo)軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 預(yù)緊方便等優(yōu)點。 絲桿螺母副的選用：伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動需要通過絲桿螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，要滿足定位精度，滑動滑動絲桿副無能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達(dá)到。滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應(yīng)快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1受設(shè)計任務(wù)，查閱相關(guān)資料，了解課題的背景和發(fā)展?fàn)顩r。 4解學(xué)習(xí)常用機械手設(shè)計的基礎(chǔ)知識，初步原理方案的提出。 6周：設(shè)計方案的優(yōu)化比較，論證并選擇最優(yōu)方案。 7械手腰部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 9械手搖臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 11械手與焊接設(shè)備的機械接口設(shè)計。 13：設(shè)計機械手與焊接設(shè)備的接口。 14制相關(guān)設(shè)計的零件圖和裝配圖。 16寫畢業(yè)論文。 19周：準(zhǔn)備答辯。 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 5 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 參考文獻 [1]李雷陣，胡小建，王求 .《全國機械裝備先進制造技術(shù) {廣州 )高峰論壇》 械工業(yè)出 版社， 2005 [2]李坤，楊家軍 .《 5自由度焊接機械手的運動學(xué)研究》：機器人技術(shù)，機械工程師 2007 年第 4期 [3]張建民 .《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》第三版 [4]尹志強 .《系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》 . 機械工業(yè)出版社 [5]張利萍 M]學(xué)工業(yè)出版社， 2005:1[6]楊東邦 M]國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1998 [7]8]王政 機械工業(yè)出版社， 2003. 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I 摘 要 本設(shè)計為焊接機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要研究內(nèi)容：腰部回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計；大、小臂和腕部回轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 本設(shè)計由整體布局入手，參考現(xiàn)有關(guān)節(jié)型機械臂的相關(guān)設(shè)計，初步確定腰部的轉(zhuǎn)動慣量，從而確定電機的選型，安裝等相關(guān)設(shè)計。在機械臂的靈活和精度的前提下完成總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，然后根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，從而確定本設(shè)計的機械臂各個主要零部件的設(shè)計。 在主要零部件的設(shè)計中，主要包括腰部殼體的設(shè)計、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承的選擇、電機的設(shè)計計算、大小臂的結(jié)構(gòu)和固定等 。 本設(shè)計整體在現(xiàn)有關(guān)節(jié)型機械臂的結(jié)構(gòu)上做了修改，使得它能夠更好的滿足本設(shè)計的設(shè)計要求。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、外形尺寸小、設(shè)備費用低、運轉(zhuǎn)安全、操作方便、便于維修和管理。 關(guān)鍵詞： 機械手；諧波減速器；結(jié)構(gòu)設(shè)計 充值后就可以下載此設(shè)計說明書（不包含 紙）。我這里還有相應(yīng)的 明書（附帶：中期報告、開題報告、外文翻譯）和 紙（共計 9 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加 1： 1459919609 或 2： 1969043202，需要其他設(shè)計題目直接聯(lián)系?。?！ he of of of of by to of of so as to of of on on of to of of of of of of of in so it of of to 錄 1 緒論 .......................................................................................................................................... 1 器人簡介 ............................................................................................................................ 1 機器人的發(fā)展及應(yīng)用 ................................................................................................... 2 點焊機器人介紹及其研究意義 ................................................................................... 4 機器人的組成 ............................................................................................................... 6 械手的組成 ........................................................................................................................ 8 文主要研究工作 .............................................................................................................. 10 2 機械手的總體結(jié)構(gòu) ...................................................................................................... 11 械手總體結(jié)構(gòu)的類型 ...................................................................................................... 11 計具體采用方案 .............................................................................................................. 12 3 機械手腰部機座 ........................................................................................................... 14 械手腰部機座結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .............................................................................................. 14 械手腰 部機 座設(shè)計的具體采用方案 .............................................................................. 14 動機的選擇 ...................................................................................................................... 15 速器的選擇 ...................................................................................................................... 16 的選擇 .............................................................................................................................. 17 4 機械手手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................................................... 19 計具體采用方案 .............................................................................................................. 20 臂電動機的選擇 .............................................................................................................. 20 臂減速器的相關(guān)計算 ...................................................................................................... 21 臂電動機的選擇 .............................................................................................................. 22 臂減速器的相關(guān)計算 ...................................................................................................... 23 5 機械手腕部的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 ................................................................................. 26 部電動機的選擇 .............................................................................................................. 26 部減速器的選擇 .............................................................................................................. 26 6 軸承的選用與校核 ...................................................................................................... 28 7 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 38 參考文獻 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 謝 ................................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 ...................................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 1 1 緒論 器人簡介 工業(yè)機器人（英語： 稱 廣泛適用的能夠自主動作，且多軸聯(lián)動的機械設(shè)備。它們在必要情況下配備有傳感器，其動作步驟包括靈活的，轉(zhuǎn)動都是可編程控制的（即在工作過程中，無需任何外力的干預(yù)）。它們通常配備有機械手、刀具或其他可裝配的的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運操作與加工制造的任務(wù)。機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義： “ 一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的 操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng) [1]。 ” 工業(yè)機器人在經(jīng)歷了長期發(fā)展后，已經(jīng)成為制造業(yè)中不可缺少的核心設(shè)備。同時隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種各樣的機器人也被開發(fā)出來去適應(yīng)制造領(lǐng)域意外的各個行業(yè)。這些機器人作為機器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿形機器人、農(nóng)業(yè)機器人、服務(wù)機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向?qū)嵱没~進。 工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和 檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備， 也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 器人的發(fā)展及應(yīng)用 1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾 ·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中，根據(jù) 克文，原意為 “ 勞役、苦工 ” )和 蘭文，原意為 “ 工人 ” )，創(chuàng)造出 “ 機器人 ” 這個詞。 1939 年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人 由電纜控制，可以行走，會說 77 個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務(wù)活還差得遠(yuǎn)。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。 1942 年 美國科幻巨匠阿 西莫夫提出 “ 機器人三定律 ” 。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。 1954 年 美國人喬治 ·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。 1956 年 在達(dá)特茅斯會議上，馬文 ·明斯基提出了他對智能機器的看法：智能機器 “ 能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法 ” 。這個定義影響到以后 30 年智能機器人的研究方向。 1959 年 德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫 ·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。隨 后，成立了世界上第一家機器人制造工廠 —— 司。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為 “ 工業(yè)機器人之父 ” 。 1962 年 — 1963 年 傳感器的應(yīng)用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器，包括 1961 年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼 1962 年在世界上最早的 “ 靈巧手 ” 上用到了壓力傳感器，而麥卡錫 1963 年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在 1965 年，幫助 出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。 1965 年 約翰 ·霍普金斯大 學(xué)應(yīng)用物理實驗室研制出 器人。 經(jīng)能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。 20 世紀(jì) 60 年代中期開始，美國麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、 “ 有感覺 ” 的機器人，并向人工智能進發(fā)。 1968 年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人 帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木 ,不過控制它的計算機有一個房間那么大。 以算是世界第一臺智能機器人，拉開了第三代機器人研發(fā)的序幕。 1973 年 世界 上第一次機器人和小型計算機攜手合作，就誕生了美國 司的機器人 1978 年 美國 司推出通用工業(yè)機器人 標(biāo)志著工業(yè)機器人技術(shù)已經(jīng)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 完全成熟。 今仍然工作在工廠第一線。 1984 年 英格伯格再推機器人 種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，他還預(yù)言： “ 我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全 ” 。 1999 年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶 (當(dāng)即銷售一空，從此娛樂機器人成為目前機器人邁進 普通家庭的途徑之一。 2002 年 丹麥 司推出了吸塵器機器人 能避開障礙，自動設(shè)計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。 目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。 2006 年 6 月，微軟公司推出 器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾 ·蓋茨預(yù)言，家用機器人很快將席卷全球。 機器人的未來發(fā)展將很快，應(yīng)用范圍更大，如設(shè)計工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸、醫(yī)藥、科學(xué)研究等各個方面。 總的趨勢是提高工作精度和運動速度，增加機構(gòu)的 自由度以提高通用性和靈活性 。 降低結(jié)構(gòu)自重，逐步采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊式組合結(jié)構(gòu)，開發(fā)傳感器技術(shù)和機器人語言，同時根據(jù)內(nèi)部信息和環(huán)境信息來控制機器人，采用計算機仿真技術(shù)以及實現(xiàn)機器人的智能化。工業(yè)機器人的發(fā)展正從各個方面顯露出它的強大勢頭。從近幾年來國際工業(yè)機器人會議上綜合的情況來看，工業(yè)機器人發(fā)展的重點是具有智能的高級機器人以及低成本、穩(wěn)定可靠的用于自動化生產(chǎn)的機器人。 空間探索、能源問題和人工智能是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)三大課題。人工智能主要內(nèi)容之一就是關(guān)于智能機器人的研究。感受外界信息，理解和記憶信息，規(guī)劃行動，人機對 話，是智能機器人發(fā)展的四個主要問題。在空間探索領(lǐng)域中，機器人技術(shù)具有美好的發(fā)展前景和廣泛的應(yīng)用價值，空間自動加工工廠；開發(fā)宇宙空間的高級自治系統(tǒng)；在空間裝配的自重復(fù)系統(tǒng)等。 本世紀(jì)以來，人類開始有計劃地開發(fā)海洋，開發(fā)食物、能源和物質(zhì)來源。機器人是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果之一。人們常常把新出現(xiàn)的技術(shù)用來制造機器人，再將機器人應(yīng)用到新技術(shù)領(lǐng)域中去。為適應(yīng)時代發(fā)展的需要，人們把大部分智能技術(shù)結(jié)合起來，使之向更高級的機器人 —— 智能機器人發(fā)展，這已成為機器人的一個發(fā)展方向。 相對于人來說，工業(yè)機器人的工作準(zhǔn)確性高，工作速 度高，負(fù)載能力大，耐久力強，重復(fù)性好，所以工業(yè)機器人獲得了廣泛應(yīng)用，顯示了很好的效能。 從目前情況看，工業(yè)機器人的研究、制造和使用者都希望能更加擴大其應(yīng)用范圍，例如：由計算機控制的具有適應(yīng)性控制的裝配用機器人、焊接機器人、實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制的機器人、清理鑄件的機器人，建筑用機器人，地下工作機器人，消防用機器人，城市垃圾處理機器人，看護病人的機器入，協(xié)助料理殘廢人生活的機器人，海洋開發(fā)機器人，空間開發(fā)機器人等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 目前，智能機器人已從基礎(chǔ)研究發(fā)展為應(yīng)用研究，今后逐漸推廣應(yīng)用。具有感覺和識別功能 （ 特別是視覺 ） 的機器 人已經(jīng)用于自動檢修和裝配作業(yè)。能在極限作業(yè)環(huán)境中工作的極限作業(yè)機器人等等都在加緊研究開發(fā)之中。 a. 手部機構(gòu)的多功能化：日前的工業(yè)機器人的手大部分只有兩個手指，相當(dāng)于一種夾持器的功能。機器人的手將逐漸發(fā)展為多關(guān)節(jié)、多手指并具有人工觸覺的人造手。 b. 采用并行處理的復(fù)合控制：由于微電子技術(shù)的發(fā)展，微型計算機的性能大幅提高，從而可以利用多個微處理器對各種感覺 (如視覺、觸覺等 )信息進行并行處理，并控制機器人多功能的手快速地完成更復(fù)雜的工作。 c. 步行機的研究，它能使機器人的車輛方式發(fā)展為多關(guān)節(jié)的 步行方式。隨著生物工程的迅速發(fā)展，人類步行控制和動物步行機理的研究更為深入，引用這些機理將使步行機性能顯著提高。 d. 識別功能的提高：從識別物體 (或零件 )的位置和形狀發(fā)展為識別物體的姿態(tài)和顏色，并達(dá)到實用，使機器人能夠快速地識別更復(fù)雜的物體。 焊機器人介紹及其研究意義 點焊機器人（ 于點焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人。世界上第一臺點焊機于 1965 年開始使用，是美國 司推出的 器人，中國在 1987 年自行研制成第一臺點焊機器人 ──華宇 -Ⅰ 型點焊機器人。點焊機器人由機器人本體、計算機控制系統(tǒng)、示教盒和點焊焊接系統(tǒng)幾部分組成，由于為了適應(yīng)靈活動作的工作要求，通常電焊機器人選用關(guān)節(jié)式工業(yè)機器人的基本設(shè)計，一般具有六個自由度：腰轉(zhuǎn)、大臂轉(zhuǎn)、小臂轉(zhuǎn)、腕轉(zhuǎn)、腕擺及腕捻。其驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動和電氣驅(qū)動兩種。其中電氣驅(qū)動具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等優(yōu)點，因此應(yīng)用較為廣泛。點焊機器人按照示教程序規(guī)定的動作、順序和參數(shù)進行點焊作業(yè)，其過程是完全自動化的，并且具有與外部設(shè)備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級主控與管理計算機的控 制命令進行工作。 焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè)機器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率。點焊機器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時又具有柔性焊接的特點，即只要改變程序，就可在同一條生產(chǎn)線上對不同的車型進行裝配焊接 [2]。 應(yīng)用點焊機器人，有如下優(yōu)點： ； 我國的工業(yè)機器人從 80 年代 “ 七五 ” 科技攻關(guān)開始起步，目前已基本掌握了機器人操畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國 外比有差距；應(yīng)用規(guī)模小，沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)。 工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點焊開始的。原因在于電阻點焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機器人的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點焊機器人單元產(chǎn)品并以焊接機器人與整車生產(chǎn)線配套形式進入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大， 165 公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。 2008 年 9 月，機器人研究所研制完成國內(nèi)首臺 165 公斤級點焊機器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。 2009 年9 月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類機器人水平。 工業(yè)機器人發(fā)展趨勢 目前國際機變機界都在加大科研力度，進變機變機共性技術(shù)的研究。從機變機技術(shù)發(fā)展趨勢看，焊安機變機和其它工畢機變機一樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。夾體而言，表現(xiàn)在如定幾個方面： 機變機操動機結(jié)構(gòu)：與過有限元積析、電態(tài)積析及仿真畢畢等現(xiàn)代畢畢方法的變用，實現(xiàn)機變機操動機構(gòu)的 優(yōu)化畢畢。探索新的高強度輕質(zhì)材料，進一步提高總載 /自重比。 機變機機機系統(tǒng)：重打研究開放式，電電化機機系統(tǒng)。向基于 的開放型機機變方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；變件集成度提高，機機機日見小巧，且采用電電化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操動性和可維修性；機機系統(tǒng)的性能進一步提高，實現(xiàn)軟件伺服和安數(shù)字機機；機機界面更加友好。 機變機傳感技術(shù)：機變機中的傳感變動用日益重要，除采用傳統(tǒng)的變置、高度、加高度等傳感變機，裝配、焊安機變機還應(yīng)用了激光傳感變、視覺傳感變和力傳感變，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生 產(chǎn)機變物體的自動定變以及精密裝配動畢等，大大提高了機變機的動畢性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。 網(wǎng)絡(luò)與光功能：日本 德國 司的最新機變機機機變已實現(xiàn)了與機及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)安，使機變機由過去的獨立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用邁進了一大步，也使機變機由過去的專用畢備向標(biāo)準(zhǔn)化畢備發(fā)展。 虛擬機變機技術(shù)：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機變機中的動用已從仿真、預(yù)演發(fā)展大用于過正機機，如使遙機機變機操動者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)安動畢環(huán)境中的感覺來操縱機變機?；诙鄠鞲凶儭⒍嗝襟w和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術(shù)， 實現(xiàn)機變機的虛擬遙機操動和機機三互。 機變機性能價格比：機變機性能不斷提高 (高高度、高精度、高可靠性、便于操動和維畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 修，而單機價格不斷定定。由于微畢子技術(shù)的快高發(fā)展和大規(guī)電集成畢畢的應(yīng)用，使機變機系統(tǒng)的可靠性有了很大提高 多智能體調(diào)機技術(shù)：這是目前機變機研究的一個嶄新領(lǐng)域。主要對多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、三互長的與光與磋商機理，感知與三三方法，建電和規(guī)劃、群體變?yōu)闄C機等方面進變研究 [3]。 器人的組成 機器人是典型的機電一體化產(chǎn)品，一般由機械本體、控制系統(tǒng)、傳感器、和驅(qū)動器等四部分組成 。機械本體是機器人實施作業(yè)的執(zhí)行機構(gòu)。為對本體進行精確控制，傳感器應(yīng)提供機器人本體或其所處環(huán)境的信息，控制系統(tǒng)依據(jù)控制程序產(chǎn)生指令信號，通過控制各關(guān)節(jié)運動坐標(biāo)的驅(qū)動器，使各臂桿端點按照要求的軌跡、速度和加速度，以一定的姿態(tài)達(dá)到空間指定的位置。驅(qū)動器將控制系統(tǒng)輸出的信號變換成大功率的信號，以驅(qū)動執(zhí)行器工作 [4]。 a. 機械本體 機械本體，是機器人賴以完成作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)，一般是一臺機械手，也稱操作器、或操作手，可以在確定的環(huán)境中執(zhí)行控制系統(tǒng)指定的操作。典型工業(yè)機器人的機械本體一般由手部（末端執(zhí)行器）、 腕部、臂部、腰部和基座構(gòu)成。機械手多采用關(guān)節(jié)式機械結(jié)構(gòu)，一般具有 6 個自由度，其中 3 個用來確定末端執(zhí)行器的位置，另外 3 個則用來確定末端執(zhí)行裝置的方向（姿勢）。機械臂上的末端執(zhí)行裝置可以根據(jù)操作需要換成焊槍、吸盤、扳手等作業(yè)工具。 b. 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機器人的指揮中樞，相當(dāng)于人的大腦功能，負(fù)責(zé)對作業(yè)指令信息、內(nèi)外環(huán)境信息進行處理，并依據(jù)預(yù)定的本體模型、環(huán)境模型和控制程序做出決策，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，通過驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的各個關(guān)節(jié)按所需的順序、沿確定的位置或軌跡運動，完成特定的作業(yè)。從控制系統(tǒng)的構(gòu)成看 ，有開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之分；從控制方式看有程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)之分。 c. 驅(qū)動器 驅(qū)動器是機器人的動力系統(tǒng)，相當(dāng)于人的心血管系統(tǒng)，一般由驅(qū)動裝置和傳動機構(gòu)兩部分組成。因驅(qū)動方式的不同，驅(qū)動裝置可以分成電動、液動和氣動三種類型。驅(qū)動裝置中的電動機、液壓缸、氣缸可以與操作機直接相連，也可以通過傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)相連。傳動機構(gòu)通常有齒輪傳動、鏈傳動、諧波齒輪傳動、螺旋傳動、帶傳動等幾種類型。 d. 傳感器 傳感器是機器人的感測系統(tǒng)，相當(dāng)于人的感覺器官，是機器人系統(tǒng)的重要組成 部分，畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩大類。內(nèi)部傳感器主要用來檢測機器人本身的狀態(tài)，為機器人的運動控制提供必要的本體狀態(tài)信息，如位置傳感器、速度傳感器等。外部傳感器則用來感知機器人所處的工作環(huán)境或工作狀況信息，又可分成環(huán)境傳感器和末端執(zhí)行器傳感器兩種類型；前者用于識別物體和檢測物體與機器人的距離等信息，后者安裝在末端執(zhí)行器上，檢測處理精巧作業(yè)的感覺信息。常見的外部傳感器有力覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、視覺傳感器等 [5]。 工業(yè)機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人 操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)