焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【焊接機(jī)器人】【4自由度】,焊接機(jī)器人,4自由度,焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【焊接機(jī)器人】【4自由度】,焊接,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),機(jī)器人,自由度 湖南科技大學(xué) 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告 題 目 焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作者姓名 學(xué)號 所學(xué)專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 1、 研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題（列出主要參考文獻(xiàn)） 背景和研究意義: 隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，焊接機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。焊接機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平，解決了工業(yè)生產(chǎn)中長期頻繁單調(diào)的操作。也提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度，所以機(jī)械手的使用是非常高效的，因此需要設(shè)計(jì)出讓人跟滿意的焊接機(jī)械手。 焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，既具有類似性，又有其獨(dú)特性。從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來看，機(jī)械手的機(jī)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(yùn)動鏈。 與一般機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械手的開鏈結(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(shí)際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的，機(jī)械誤差和彈性變形的累計(jì)，影響機(jī)械手的剛度和精度。因此，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足強(qiáng)度要求，又要考慮剛度和精度。另一方面，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，是整個伺服系統(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(yùn)動時的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能，都比一般機(jī)構(gòu)有更高的要求。 焊接機(jī)械手雖然有多種結(jié)構(gòu)形式，但大體上都可以分為3大組成部分，即本體、點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的點(diǎn)焊機(jī)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(diǎn)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。 對焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以最大效益的滿足生產(chǎn)需要。 國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題： 工業(yè)焊接機(jī)械手的發(fā)展過程可分為三代，第—代，為示教再現(xiàn)型，它主要由機(jī)器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)用階段。第三代為智能型它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，在工作環(huán)境改變的情況下，也能夠成功地完成任務(wù)，它尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。 1、國外工業(yè)機(jī)器人的的發(fā)展 　　美國是機(jī)器人機(jī)械手的誕生地，早在1961年，美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺實(shí)用的示教再現(xiàn)機(jī)器人。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。 　　日本在1967年從美國引進(jìn)第一臺機(jī)器人，1976年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加，日本當(dāng)時勞動力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到歡迎，使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。德國引進(jìn)機(jī)器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。目前，德國工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第二位，僅次于日本。 　　2、國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展 　　我國工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持，“七五”期間，國家投入資金，對工定機(jī)器人及零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴漆，點(diǎn)焊，弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開始實(shí)施，經(jīng)過幾年研究，取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機(jī)器人。 　　從2O世紀(jì)9O年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)了一大步，先后研制了點(diǎn)焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運(yùn)，碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國工業(yè)機(jī)器人還有很大差距。 2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化） 研究目標(biāo)：完成焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 研究內(nèi)容： 本設(shè)計(jì)研究焊接機(jī)械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。 進(jìn)行機(jī)械手的原理方案設(shè)計(jì)，比較并提出系統(tǒng)的總體方案。 根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1.加強(qiáng)度現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中工業(yè)焊接機(jī)械手的理解 2.設(shè)計(jì)前對機(jī)械手主要的知識認(rèn)知 3.對焊接機(jī)械手的各主要組成部分的分析，設(shè)計(jì)方案的確定 4.確定機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu) 5.對各主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析 6.確定機(jī)械手各部件的可靠性 7.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖 8.繪制裝配圖 擬解決的關(guān)鍵問題 1.選取機(jī)械手的坐標(biāo)形式及自由度； 2設(shè)計(jì)各機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：如點(diǎn)焊部分、手腕、手臂； 3.傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 3、 特色與創(chuàng)新之處 通過本次對焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以縮短提升機(jī)設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用壽命，提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場競爭能力。 4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線 先把本設(shè)計(jì)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(jì)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：4x3x3x4x2=288種 本設(shè)計(jì)研究汽車車身焊接的機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jì)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(jī)體空間更優(yōu)；并要求進(jìn)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。 5、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備 設(shè)計(jì)軟件：AutoCAD、Pro/E。 6、 參考文獻(xiàn) [1]李雷陣，胡小建，王求.《全國機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù){廣州)高峰論壇》.文集：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [2]李坤，楊家軍.《5自由度焊接機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)研究》：機(jī)器人技術(shù)，機(jī)械工程師2007 年第4期 [3]張建民.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》第三版.高等教育出版社 [4]尹志強(qiáng).《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》.機(jī)械工業(yè)出版社 [5]張利萍.液壓傳動系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:1-402. 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