焊接机器人毕业设计说明书.docx

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焊接机器人毕业设计说明书

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摘要

随着科学技术的全面发展和工业需求的大幅增加，焊接这门科学技术在工业生产中所占分量也越来越大，而且焊接技术的优良好坏程度直接决定着零件或产接生产的总体量需求相差较远。

因此，大力发展研究并推广焊接机器人的这门技术已经成为趋势。

本次设计的要点是运用机械原理和机械制造的设计方法设计焊接机器人。

此次设计，是在充分了解焊接机器人在国内外的研究现状的基础上，进而更好的掌握焊接机器人内部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行运动学分析和结构设计。

运用液压系统控制，合理布置了液压缸。

同时了解机器人机械结构运动学及运动控制学。

并且为工业上焊接机器人的设计与研发提供理论、设计和数据上的参考，也为工业设计者们提供设计所需的理论和设计实践的参考依据。

该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳等的特点。

关键字：

焊接机器人液压系统机械机构设计

Abstract

Inthe21stcenturywiththesharpincreaseintheoveralldevelopmentofscienceandtechnologyandindustrialdemand,thisscienceofweldingtechnologyinthesharecomponentofindustrialproductionisalsogrowing,andexcellentqualityofthedegreeofweldingtechnologydirectlydeterminesthequalityofpartsorproducts.Nowthedomesticdevelopmentandapplicationofweldingrobots,thoughhasacertainscale,buttheoverallamountofweldingproductiondemandsarefaraway.Therefore,todevelopandpromotethestudyofthistechnologyweldingrobothasbecomeatrend.

Thepointistousethedesignprinciplesanddesignmechanicaldesignmechanicalmanufacturingweldingrobot.Thedesignisfullyawareoftheweldingrobotathomeandabroadonthebasisofresearchonthestatusquo,andthusabettergraspofweldingrobotsinternalstructureandworkingprinciple,andthearmandwristkinematicsanalysisandstructuraldesign.Theuseofahydraulicsystemcontrol,reasonablelayoutofthehydrauliccylinder.Whileunderstandingthemechanicalstructureoftherobotkinematicsandmotioncontrolschool.Andprovideareferencetheory,design,anddataonindustrialweldingrobotsforthedesignanddevelopment,butalsoprovidetheoreticalandpracticaldesignreferencedesignrequiredforindustrialdesigners.Therobothasarigid,highpositionaccuracy,smoothoperationandothercharacteristics.

Keyword:

Weldingrobot；hydraulicsystem；mechanicalstructuredesign

第1章引言

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（ISO）工业机器人术语标准的定义，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（Manipulator），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。

焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。

自从世界上第一台工业机器人 ＵＮＩＭ ＡＴＥ 于 １９５９ 年在美国诞生以来，机器人的应用和技术发展经历了三个阶段：

    第一代是示教再现型机器人。

这类机器人操作简单，不具备外界信息的反馈能力，难以适应工作环境的变化，在现代化工业生产中的应用受到很大限制。

     第二代是具有感知能力的机器人。

这类机器人对外界环境有一定的感知能力，具备如听觉、视觉、触觉等功能，工作时借助传感器获得的信息，灵活调整工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。

     第三代是智能型机器人。

这类机器人不但具有感觉能力，而且具有独立判断、行动、记忆、推理和决策的能力，能适应外部对象、环境协调地工作，能完成更加复杂的动作，还具备故障自我诊断及修复能力。

    焊接机器人就是在焊接生产领域代替焊工从事焊接任务的工业机器人。

早期的焊接机器人缺乏“柔性”，焊接路径和焊接参数须根据实际作业条件预先设置，工作时存在明显的缺点。

随着计算机控制技术、人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展从机器人诞生到本世纪80年代初，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。

到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。

工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。

在西方社会，和机器人价格相反的是，人的劳动力成本有不断增长的趋势。

在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机。

减少员工与增加机器人的设备投资，在两者费用达到某一平衡点的时候，采用机器人的利显然要比采用人工所带来的利大，它一方面可大大提高生产设备的自动化水平，从而提高劳动生产率，同时又可提升企业的产品质量，提高企业的整体竞争力。

虽然机器人一次性投资比较大，但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消耗的人工费用小。

因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。

而机器人价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得轻而易举。

因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。

 焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。

据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。

截止２００５ 年，全世界在役工业机器人约为 ９１．４ 万台，其中日本装备的工业机器人总量达到了 ５０ 万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德国；在亚洲，日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。

近几年，全球机器人的数量在迅速增加，仅 ２００５ 年就达 １２．１ 万台。

  我国自上世纪 ７０ 年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。

据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过 ４０％ ， 焊接机器人的增长率超过了60%；2004年国产工业机器人数量突破1400台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域；2005年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占亚洲新增数量的 ６％ ，远小于韩国所占的 １5％，更远小于日本所占的 69％ 。

这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。

       当前焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。

一方面，随着技术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域。

焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点，广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。

我国自上个世纪70年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。

从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术的研究十分活跃，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:

（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。

（2）机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:

由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。

（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:

大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

（4）机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

（7）机器人化机械开始兴起。

从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条