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開 題 報 告
（2008屆）
5自由度焊接機器人總體及大臂與腰部設計
學生姓名
學 號
院 系 機電系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
指導教師
填寫日期
一、 本課題國內外狀況，說明選題依據(jù)和意義
? 焊接機器人是目前最大的工業(yè)機器人應用領域。由于汽車制造業(yè)對許多構件的焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時的火花及煙霧等，對人體造成危害，因此，焊接過程的完全自動化已成為重要的研究課題，其中，最為重要的就是要應用焊接機器人。 隨著近代模糊數(shù)學和神經網(wǎng)絡的出現(xiàn)，以及PC機與焊接機器人的結合應用，有效解決了專用控制器計算負擔重、實時性差等問題.還能夠將具他領域如圖像處理、聲音識別、最優(yōu)控制、人工智能等先進的研究成果應用到該系統(tǒng)的實時操作中。焊接過程中存在很多不確定的因素，是一個典型的時變非線性系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學模型。因此，采用與模型無關的人工神經網(wǎng)絡或模糊控制技術更為合適。
我國焊接機器人的應用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標機械手，成功地應用于上海牌轎車底盤的焊接?！耙黄笔俏覈钤缫M焊接機器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊線 。
??? 80年代末和90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度與裝備水平，讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人?？梢哉f90年代以來的技術引進和生產設備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產提高到規(guī)?；a，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎設施建設的高速發(fā)展帶動了工程機械行業(yè)的繁榮，工程機械行業(yè)也成為較早引用焊接機器人的行業(yè)之一。近年來由于我國經濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。據(jù)2001年統(tǒng)計，全國共有各類焊接機器人1040臺，汽車制造和汽車零部件生產企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。在汽車行業(yè)中點焊機器人與弧焊機器人的比例為3：2，其他行業(yè)大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械（10%）、摩托車（6%）、鐵路車輛（4%）、鍋爐（1%）等行業(yè)。焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠， 從圖1中還能看出，我國焊接機器人的行業(yè)分布不均衡，也不夠廣泛。
? 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，我國汽車行業(yè)的機器人安裝臺數(shù)迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺的數(shù)量增長。估計我國目前焊接機器人的安裝臺數(shù)在4000臺左右。汽車行業(yè)焊接機器人所占的比例會進一步提高。
? 目前在我國應用的機器人主要分日系、歐系和國產三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產機器人主要是沈陽新松機器人公司產品。
??? 目前在我國雖然已經具有自主知識產權的焊接機器人系列產品，但卻不能批量生產，形成規(guī)模，有以下幾個主要原因：
??? 國內機器人價格沒有優(yōu)勢。近10年來，進口機器人的價格大幅度降低，從每臺7-8萬美元降低到2-3萬美元，使我國自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上很難與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應的零部件產業(yè)，如伺服電機、減速機等需要進口，使價格難以降低，所以機器人生產成本降不下來；我國焊接裝備水平與國外還存在很大差距，這一點也間接影響了國內機器人的發(fā)展。對于機器人的最大用戶—-汽車白車身生產廠來說，目前幾乎所有的裝備都來從國外引進，國產機器人幾乎找不到表演的舞臺。
??? 我們應該承認國產機器人無論從控制水平還是可靠性等方面與國外公司還存在一定的差距。國外工業(yè)機器人是個非常成熟的工業(yè)產品，經歷了30多年的發(fā)展歷程，而且在實際生產中不斷地完善和提高，而我國則處于一種單件小批量的生產狀態(tài)。
??? 國內機器人生產廠家處于幼兒期，還需要政府政策和資金的支持。焊接機器人是個機電一體化的高技術產品，單靠企業(yè)的自身能力是不夠的，需要政府對機器人生產企業(yè)及使用國產機器人系統(tǒng)的企業(yè)給予一定的政策和資金支持，加速我國國產機器人的發(fā)展。
二、主要技術經濟指標和參數(shù)：
自由度數(shù) 5
驅動方式 伺服或步進電機
總高 1300mm
最大持重 12kg
各軸轉角
軸 轉角o 速度o/s
1軸 300
2軸 120
3軸 110 90
4軸 210
5軸 360 180
三、研究的基本內容，你解決的主要問題（闡述的主要觀點）
? 焊接機器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機器人總量的40%以上，焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時的火花及煙霧等，對人體造成危害。歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：
(1) 穩(wěn)定和提高焊接質量,保證其均一性。
? (2) 改善了工人的勞動條件。
(3) 提高勞動生產率。
本論文所研究的為5自由度焊接機器人，主要解決焊接機器人腰部以及大臂的工作平穩(wěn)性和提高其工作效率，主要解決一下幾個問題：
(1) 理清整個機器的工作原理，及各個部件相互關系，使之協(xié)調。
(2) 都大臂和腰部的工作原理做研究，明確其傳動路線。
(3) 明確各個部件的裝配關系，畫出裝配圖和主要零件圖。
(4) 明確各個部件的技術要求，合理選擇材料及配合關系。
四、課題研究工作進度計劃
起止日期 工作內容
08.1.2-3.14 撰寫文獻綜述 外文翻譯 開題報告
08.1 -08.3.14 畢業(yè)實習
08.03.15-08.04.01 總體設計
08.04.02-08.04.27 部件設計
08.04.28-08.05.14 零件設計
08.05.15-08.05.29 編寫設計計算說明書
08.05.30-08.06.04 預答辯及修改工作
08.06.06-08.06.09 主審教師評閱
08.06.10左右 答辯及成績綜合評定
六、主要參考文獻
[1]申永盛.機械原理[M].北京：清華大學出版社，1999.260～264
[2] 徐德，涂志國，趙曉光，等.弧焊機器人的視覺控制[J].焊接學報，2004，25（4）：10-14.
[3成大先.機械設計手冊，減(變)速器.電機與電器[M].北京：化學工業(yè)出版 社2004.1
[4] 周炳森,《新編焊接設備選型與焊接材料選用實用手冊》.出版時間:2006年7月
[5] 朱浩翔.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].MC現(xiàn)代零部件，2007.1
[6]羅誠,《最新壓力容器焊接和切割新技術、新工藝與應用技術標準實用手冊》，中國科技文化出版社，2005年
[7] 陳善本，《智能化焊接機器人技術》。機械工業(yè)出版社。2006-1-1，5-2
[8]王伯平.互換性與測量技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004．15～25
六、指導教師審核意見
指導教師（簽名）
年 月 日
七、院（系）畢業(yè)設計（論文）工作領導小組審核意見
1．通過 2．完善后通過 3. 未通過
負責人（簽名）
年 月 日
6