六自由度焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（6自由度工業(yè)機(jī)器人）,自由度,焊接,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),工業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：　 指 導(dǎo) 教 師： 專 業(yè) 班 級： 20 年 月 日 1. 課題名稱： 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 課題研究背景： 隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，機(jī)器人在社會各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用最廣的要屬工業(yè)機(jī)器人。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中，大部分為焊接機(jī)器人，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有超過一半應(yīng)用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。 焊接機(jī)器人就是在自動焊接生產(chǎn)領(lǐng)域從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人,絕大多數(shù)的焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是在通用的工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上裝上某種焊接工具而構(gòu)成的,視具體焊接方式不同可對個(gè)別焊接機(jī)器人進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。焊接機(jī)器人發(fā)展歷史悠久,從上世紀(jì)年代工業(yè)機(jī)器人開始實(shí)用化以來,焊接機(jī)器人就立刻被投入到點(diǎn)焊和電弧焊領(lǐng)域中并得到了持續(xù)的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界使用中的焊接機(jī)器人數(shù)量大約占工業(yè)機(jī)器人總數(shù)量的一半,焊接機(jī)器人的研究歷程和應(yīng)用領(lǐng)域幾乎等同于工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史可以說是代表著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史。焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用形式之一,主要應(yīng)用于電焊和電弧焊生產(chǎn)線上。經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的應(yīng)用和不斷完善,國內(nèi)外學(xué)者對焊接機(jī)器人的研究仍然在向前發(fā)展,并取得了許多成果。目前學(xué)術(shù)界正在不斷完善機(jī)器人共性技術(shù)的研究,主要是針對機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、遙控和監(jiān)視技術(shù)、虛擬機(jī)器人技術(shù)、多智能體調(diào)控技術(shù)等等的研究。未來焊接機(jī)器人正在向智能化方向、多傳感器信息融合方向、模糊控制方向、群體協(xié)調(diào)和集成控制的方向發(fā)展。焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、工程機(jī)械和機(jī)車車輛等領(lǐng)域,近些年隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,開始逐漸應(yīng)用于石油石化、船舶制造、冶金建設(shè)和壓力容器制造等領(lǐng)域。其中對管道相貫線全位置焊接機(jī)器人研究的力度比較大,其關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括機(jī)械機(jī)構(gòu)研究、自動跟蹤技術(shù)研究和計(jì)算機(jī)程控技術(shù)研究。最初焊接機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車、摩托車及工程機(jī)械三個(gè)主要行業(yè)里,而且多數(shù)主要應(yīng)用于汽車及其零部件制造行業(yè)中,在摩托車行業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)中只占少數(shù),其他像電器、自行車、機(jī)車、航空航天等行業(yè)也有一些。焊接機(jī)器人一開始應(yīng)用于汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊,后來隨著焊縫軌跡跟蹤技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)上的推廣應(yīng)用,又承擔(dān)起了汽車零部件和裝配過程中電弧焊的焊接任務(wù)。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車及其零部件生產(chǎn),但是在其他行業(yè)中用得卻極少。弧焊機(jī)器人的分布比點(diǎn)焊機(jī)器人要廣泛,但主要仍集中于汽車及其零部件生產(chǎn)線中,其余則分布于摩托車及工程機(jī)械制造行業(yè)中。隨著機(jī)器人共性技術(shù)研究的不斷深化,焊接機(jī)器人才開始應(yīng)用于造船、鍋爐、重型機(jī)械等焊接領(lǐng)域中。這些焊接任務(wù)中最常見的就是管道插接空間相貫線焊接,與傳統(tǒng)的常規(guī)平面焊接任務(wù)不同,對焊接機(jī)器人技術(shù)提出了新的要求。 3. 課題研究意義 目前使用的機(jī)器人中，焊接機(jī)器人約占總量的一半Ｗ。國外對機(jī)器人技術(shù)的壟斷，嚴(yán)重制約著我國技術(shù)的發(fā)展，要打破壟斷，必須自主研制出適合自身發(fā)展的機(jī)器人，提升自身的科技水平。機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)作為焊接機(jī)器人的基礎(chǔ)，其加工制造精度，裝配精度等對機(jī)器人工作范圍、工作穩(wěn)定性等方面有直接影響。 機(jī)器人燥接可以使焊接過程更加穩(wěn)定，提高焊縫成型質(zhì)量，改善勞動條件，適應(yīng)惡劣環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，明確產(chǎn)品周期，有效控制產(chǎn)量，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，減小設(shè)備投資等，從而滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化的設(shè)備，是包含了多種高新技術(shù)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品的附加值高。機(jī)器人行業(yè)雖然是現(xiàn)代社會一個(gè)比較新的行業(yè)，但是在提高汽車、制造等行業(yè)的自動化程度上有不可磨滅的功勞，因此，許多國內(nèi)外的專業(yè)人士都認(rèn)為它將是一個(gè)大規(guī)模的高新技術(shù)行業(yè)?，F(xiàn)在人民的生活水平日益提高，對產(chǎn)品的要求也越來越高，這樣工業(yè)機(jī)器人就有了應(yīng)用的空間，隨著我國汽車、制造等行業(yè)大量使用工業(yè)機(jī)器人，我國機(jī)器人市場的需求量很大，但在實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器人中進(jìn)口占了絕大多數(shù)，在目前所使用的工業(yè)機(jī)器人中，國產(chǎn)僅占20%，其余都是從日本、德國、瑞典等國家引進(jìn)的，然而由于國外的機(jī)器人并不完全適合中國企業(yè)的要求，有很大一部分都不能正常使用，因此現(xiàn)在國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展既有機(jī)遇又有挑戰(zhàn)。 以焊接行業(yè)為例，因?yàn)楹附庸ぷ骶哂泄ぷ鲝?qiáng)度高、危險(xiǎn)性大、時(shí)間長等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人愿意從事這一行了，這樣就迫切需要大量的焊接機(jī)器人，目前我國焊接機(jī)器人較少，遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和，再加上近年來國家政策支持發(fā)展國產(chǎn)機(jī)器人，這一切都說明工業(yè)機(jī)器人有很好的發(fā)展前景，研發(fā)高精度的焊接機(jī)器人有助于提高人民的生活質(zhì)量，提高工業(yè)自動化程度，促進(jìn)我國從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國。 4. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢： （1）國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢： 在 1946 年，美國發(fā)明家就申請了示教再現(xiàn)控制技術(shù)的專利，這種控制技術(shù)目前仍然應(yīng)用在大多數(shù)的示教工業(yè)機(jī)器人中，它其實(shí)就是人工把機(jī)器人從起始位置到工作目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動路徑運(yùn)行一遍，機(jī)器人自身就記錄下各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角等資料，以實(shí)現(xiàn)以后工作的再現(xiàn)。到 1959 年，第一臺正式用于工業(yè)的機(jī)器人樣機(jī)，在美國被設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來了。而且僅僅過了三年，可以用于實(shí)際工作的機(jī)器人“VERSTRAN”就在美國的AMF公司誕生了，從此就引發(fā)了全世界對機(jī)器人的研究熱潮。許多國家開始積極出臺相關(guān)政策，首先作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)源地的美國，繼續(xù)加大投入，鼓勵機(jī)器人的研究和應(yīng)用；而德國政府則采用強(qiáng)硬手段支持其國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展，一些工作崗位被強(qiáng)制規(guī)定：必須使用機(jī)器人，這樣一來就加快了其機(jī)器人的研發(fā)和實(shí)用進(jìn)程；英國為了彌補(bǔ)一開始的失誤，采取加大對其自身機(jī)器人的財(cái)政補(bǔ)貼、擴(kuò)大對機(jī)器人的宣傳等政策，使英國機(jī)器人的發(fā)展穩(wěn)步提高；日本對機(jī)器人的研發(fā)雖然起步較晚，但其憑借與美國的良好關(guān)系，從美國引進(jìn)機(jī)器人的成熟、先進(jìn)技術(shù)，再加上政府的大力支持和自身研發(fā)者的刻苦鉆研，使得日本機(jī)器人，在世界機(jī)器人行業(yè)中有著舉足輕重的地位。根據(jù)近期的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前在各種領(lǐng)域工作的機(jī)器人，大概有50%是由日本研發(fā)、制造的。 因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人擁有工作時(shí)間長、柔性好及適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以它在汽車制造業(yè)、機(jī)械工程、醫(yī)療器械、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用較多，而在這些行業(yè)中，汽車行業(yè)是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最早，也是最多的，其數(shù)量大概占有37%左右。 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)在國外的一些國家已經(jīng)比較成熟，其應(yīng)用范圍也是遍布各行各業(yè)。以日本為例來說，當(dāng)初其微電子行業(yè)的發(fā)展，使日本的勞動力明顯不足，這樣工業(yè)機(jī)器人在公司受到了“救世主”般的歡迎，使日本的工業(yè)機(jī)器人得到政府和企業(yè)的高度重視，從而促使其快速發(fā)展，現(xiàn)在日本的各個(gè)行業(yè)都有機(jī)器人的身影。目前不管是從機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度來看，日本都位居世界第一。而其它歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家機(jī)器人的發(fā)展，則更是可見一斑。下面用具體的數(shù)字來直觀地描述國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況，從工業(yè)機(jī)器人的密度(即每萬名生產(chǎn)工人占有的機(jī)器人數(shù)量)來分析，日本和意大利分別達(dá)到 1700 臺和 1600 臺，聯(lián)邦德國為 1190 臺，法蘭西共和國有 1130 臺，葡萄牙有 980 臺，美國為 780 臺，瑞典有 650 臺，加拿大 620臺，我國最多擁有 90 臺(汽車行業(yè))。 到目前為止，許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都有自己知名的代表性機(jī)器人制造商，這些機(jī)器人企業(yè)一般被分為兩種：歐系和日系。在這些工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家中，如發(fā)那科、安川、OTC、三菱、那馳不二越等稱為日系；而另外一些常見的像史陶比爾、杜爾、ADEPT、意大利的 COMAU 公司以及奧地利的重工 GM 等稱為歐系。這些跨國公司，不僅對其各自的國家來說是支柱性企業(yè)，而且在國際上也都比較有影響力，幾乎壟斷了機(jī)器人行業(yè)。 （2） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 我國由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，對機(jī)器人的研究是從上世紀(jì) 70 年代才逐漸開始的，而且還僅僅是研究分析機(jī)器人的基礎(chǔ)理論，直到 1986 年，國家出臺政策，將機(jī)器人作為高新技術(shù)來研究，并且陸陸續(xù)續(xù)成立了一些專業(yè)的科研院所和公司，這樣我國機(jī)器人事業(yè)才得到了較快的發(fā)展。比如說首鋼莫托曼，雖然說是目前國內(nèi)最大、最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)制造公司，但因?yàn)槭侵腥蘸腺Y企業(yè)，技術(shù)方面主要依靠從日本引進(jìn)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)、生產(chǎn)了多個(gè)系列的多種機(jī)器人，占有一定的市場份額，但對工業(yè)機(jī)器人國產(chǎn)化幫助有限。而 2000 年成立的沈陽新松機(jī)器人公司，是完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的，同時(shí)它也是我國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)基地，隸屬于中國科學(xué)院，它成功研制了我國第一臺工業(yè)機(jī)器人，從而揭開了國產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用的序幕，并且填補(bǔ)了我國在這一行業(yè)的空白?，F(xiàn)如今，新松機(jī)器人公司生產(chǎn)的機(jī)器人種類多樣，相關(guān)技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品應(yīng)用在我國的很多自動化行業(yè)中，打破了國外的壟斷，為促進(jìn)我國工業(yè)自動化做出了較大貢獻(xiàn)。 隨著從 2008 年開始的勞工成本大幅上升，工業(yè)機(jī)器人就逐漸在我國的制造行業(yè)嶄露頭角，當(dāng)年我國新增的各種機(jī)器人達(dá) 7500 臺之多，其數(shù)量是前 24 年銷售總量的三分之一。在不久的未來，機(jī)器人將作為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到廣泛應(yīng)用，并將成為我國工業(yè)自動化技術(shù)與應(yīng)用的“生力軍”。 沈陽新松公司（ＳＩＡＳＵＮ）在國內(nèi)率先開展機(jī)器人的研巧。其研發(fā)的焊接機(jī)器人在許多廠商中得到應(yīng)用，如點(diǎn)焊機(jī)器人成功應(yīng)用于一汽轎車的小紅旗、世紀(jì)星兩種車型的車身姐焊；為大連華克－吉萊特汽車公司組建弧焊機(jī)器人工作站等。奇瑞汽車有限股份公司主要產(chǎn)品有弧焊、點(diǎn)焊等多種機(jī)器人產(chǎn)品系列，但僅用于奇瑞汽車生產(chǎn)線上，適應(yīng)范圍較窄，并且未能完全實(shí)現(xiàn)自主研制，其核必部件依然受國外的限制，如奇瑞ＵＵＱＨ－１６５中的電阻焊接控制器采用日本ＮＡＤＥＸ的ＰＨ５－７００３電阻焊接控制器，焊巧采用曰本小原的一體化氣動焊領(lǐng)。雖然我國在機(jī)器人技術(shù)方面取得一定的進(jìn)步，但是受國外技術(shù)壟斷，國內(nèi)工業(yè)水平較落后等因素的影響，國產(chǎn)機(jī)器人占用比還是較低。另外我國研制的焊接機(jī)器人在可靠性、定位精度、使用壽命等方面與國外產(chǎn)品相比依然有較大差阻町因此市場競爭力較弱，產(chǎn)品難以打入國際市場。 隨著現(xiàn)代加工技術(shù)要求的提升，為了適應(yīng)發(fā)展要求，焊接機(jī)器人技術(shù)的研究也在不斷的深入，智能化、模塊化、物聯(lián)網(wǎng)化的概念將成為發(fā)展的主流，焊接機(jī)器人發(fā)展方向主要分為智能傳感技術(shù)、多機(jī)器人協(xié)作焊接、嵌入式控制技術(shù)及開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)。 智能傳感技術(shù)。焊接機(jī)器人的控制是一個(gè)多變量的控制過程，控制量的控制結(jié)果則是通過傳感器反饋回來，傳統(tǒng)的傳感器采集的是位置、速度、加速度等這些直接控制量，而新型傳感器則具備自動識別和調(diào)節(jié)功能，再結(jié)合相關(guān)算法能讓焊接機(jī)器人的控制更具智能化，比如說焊縫的自動識別與跟蹤、焊接質(zhì)量的自動檢測、加工工件自動定位等。 多機(jī)器人協(xié)作焊接。單機(jī)器人焊接作業(yè)雖然能夠完成部分的任務(wù)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中隨著被加工對象的復(fù)雜性和柔性生產(chǎn)線的自動化要求的不斷提升，單機(jī)器人的焊接系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求，只有借助多機(jī)器人協(xié)同焊接才能從根本上解決問題，而多機(jī)器人焊接的協(xié)調(diào)控制也帶來了許多全新的難點(diǎn)，但并不阻礙它成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。 嵌入式控制技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近幾年一直不斷的受到熱捧，而物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)要靠嵌入式系統(tǒng)來得以體現(xiàn)，將嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用在焊接機(jī)器人控制中是一個(gè)全新的突破點(diǎn)，嵌入式控制系統(tǒng)相比基于微處理器的控制具有很高的實(shí)時(shí)性和網(wǎng)絡(luò)通訊能力，可以有效保證焊接過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測性能和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。 開放式焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)。隨著機(jī)器人技術(shù)研究的專業(yè)化程度不斷深入，焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放性以及模塊化已經(jīng)不可阻擋，控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性已成為發(fā)展趨勢，各研究機(jī)構(gòu)與大型組織已經(jīng)進(jìn)行一些探索，如今基于PC的開放式控制系統(tǒng)儼然成為了熱捧的研究方向。 5. 設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容 （1）設(shè)計(jì)思路概述 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路大體分為兩個(gè)階段： （1）系統(tǒng)分析階段 ①　 根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)，明確所采用的機(jī)器人的目的和任務(wù)； ②　 分析機(jī)器人系統(tǒng)所在的工作環(huán)境； ③　 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度，信息的儲存量，計(jì)算機(jī)功能，動作精度的要求，容許的運(yùn)動范圍，以及對溫度，震動等環(huán)境的適應(yīng)性。 （2）技術(shù)設(shè)計(jì)階段 ①　 根據(jù)系統(tǒng)的要求確定機(jī)器人的自由度和和允許的空間工作范圍，選自機(jī)器任的坐標(biāo)形式； ②　 擬定機(jī)器人的運(yùn)動路線和空間作業(yè)圖； ③　 確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型； ④　 選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)； ⑤　 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。 （2）焊接機(jī)器人總體機(jī)構(gòu) 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),焊接機(jī)器人是由底座，腰部，大臂，小臂，手腕，工作部分組成， 機(jī)器人活動范圍： （3）手臂設(shè)計(jì) 手臂控制機(jī)器人末端焊槍的位姿，想要達(dá)到任意位姿，需要3 個(gè)自由度，手臂構(gòu)型常見位姿有四種，1、直角坐標(biāo)系型；2圓柱 坐標(biāo)系型；3、球坐標(biāo)系型；4、關(guān)節(jié)型； 1. 直角坐標(biāo)系型： 這種形式的手臂是通過控制三個(gè)互相垂直方向 的位移，從而確定了機(jī)器人焊槍的空間位置， 由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)，故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高，因?yàn)槿齻€(gè)關(guān)節(jié)沒有耦合運(yùn)動， 所以控制起來也較為簡單，但其不足之處也是 顯而易見的，比如說，其運(yùn)動需要導(dǎo)軌，這使 其整體尺寸變大，并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小 2. 圓柱坐標(biāo)系型： 人焊槍的空間位置， 由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)，故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高，因?yàn)槿齻€(gè)關(guān)節(jié)沒有耦合運(yùn)動， 所以控制起來也較為簡單，但其不足之處也是 顯而易見的，比如說，其運(yùn)動需要導(dǎo)軌，這使 其整體尺寸變大，并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小，工作速度也較慢 圓柱坐標(biāo)式的手臂，是運(yùn)用關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動形式和 移動形式的組合運(yùn)動來確定腕部 在工作空間的位置，這種構(gòu)型工作速度較快， 結(jié)構(gòu)尺寸好計(jì)算，但是操作起來有些 不太靈活，工作過程中容易和其他物體發(fā)生碰 撞，因此一般應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人 。 3.球坐標(biāo)系型： 球坐標(biāo)式手臂是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個(gè)移動關(guān) 節(jié)組成，這種構(gòu)型的設(shè)計(jì)方案使其結(jié)構(gòu)緊湊， 自身所占空間減小，然而移動關(guān)節(jié)需要導(dǎo)軌結(jié) 構(gòu)，使整體機(jī)構(gòu)靈活性變差，目前應(yīng)用不多 。 4. 關(guān)節(jié)型： 關(guān)節(jié)式手臂是由三個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)末端的 位姿調(diào)整，這種構(gòu)型方案是運(yùn)用仿生學(xué)理論 來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其靈感來自于人或類人的手 臂結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)型的手臂相對其它構(gòu)型的手臂 來說，其對于確定工作空間內(nèi)的任意位姿是 最快的，并且在工作時(shí)手臂幾乎不存在任何 干涉；其結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，工作空間與 自身結(jié)構(gòu)體積的比值是最大的；雖然控制較為復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和控制算法的完善，目前已經(jīng)比較成熟了。 （4） 手腕設(shè)計(jì) 手腕可以確定焊槍空間的姿態(tài)，在參考人體手腕的基礎(chǔ)上，確定機(jī) 器人腕有三個(gè)自由度，俯仰形式關(guān)節(jié)為B，旋轉(zhuǎn)形式關(guān)節(jié)為R，則 現(xiàn)存的手腕結(jié)構(gòu)有BBR、BRR、RBR、RRR。 1． BBR型手腕減少了手腕縱向尺寸，減小了工 作空間，不夠靈活。一般來說，旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)與平移關(guān)節(jié)相比，具有工作空間大、 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕以及靈活性好等特點(diǎn)， 也更容易做密封防塵。 2． RRR手腕構(gòu)型的工作空間較大，但其結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜，對焊接工作的精度有較大影響，且 當(dāng)其完全伸展時(shí)，三根關(guān)節(jié)軸處于同一平 面內(nèi)，同時(shí)有兩根旋轉(zhuǎn)軸重合，這樣將導(dǎo) 致機(jī)器人手腕喪失一個(gè)自由度，從而使手 腕不能到達(dá)任意位置姿態(tài)，不滿足本設(shè)計(jì) 要求。 3． RBR構(gòu)型的手腕不僅很容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳 動和控制，而且其手腕三根關(guān)節(jié)軸相交于 一點(diǎn)，運(yùn)動學(xué)逆問題有封閉解，控制算法 簡單，其結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣條件下其末端 運(yùn)動件更加輕型化，并且RBR完全展開時(shí)更 適合微調(diào)操作 。 （5） RV減速器 （6）傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 焊接機(jī)器人的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式和電動機(jī)式。 1. 液壓驅(qū)動:是指動源（發(fā)動機(jī)或電機(jī)）驅(qū)動油泵產(chǎn)生壓力油，壓力油再去驅(qū)動液壓馬達(dá)，由液壓馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)器需要的動力。 2. 氣動驅(qū)動多用于開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人，與液壓驅(qū)動相比較，氣動驅(qū)動由于壓縮空氣粘度小，所以容易達(dá)到高速；由于可利用工廠集中空氣壓縮機(jī)站供氣，減少了動力設(shè)備；空氣介質(zhì)不污染環(huán)境，安全高溫下可正常工作；空氣取之不竭用之不盡，相對于油液廉價(jià)，故氣動驅(qū)動元件比液壓元件價(jià)格低…… 3. 電機(jī)驅(qū)動可分為普通交流電動機(jī)驅(qū)動，交、直流伺服電動機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。隨著材料性能的提高，電動機(jī)性能也在隨之提高并且電動機(jī)使用簡單，所以就目前來看，機(jī)器人驅(qū)動正逐步為電動機(jī)驅(qū)動式所代替。 三種驅(qū)動系統(tǒng)的比較 內(nèi)容 驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 氣動驅(qū)動 電機(jī)驅(qū)動 輸出力 壓力高，可獲得大的輸出力 壓力相對要小，輸出力小 輸出力較大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大 結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 伺服電動機(jī)易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題 安全性 防爆性能好，用液壓油作為傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于1000kPa（十個(gè)大氣壓）時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動機(jī)換向時(shí)有火花，對環(huán)境防爆性能較差 對環(huán)境影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無 在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、電焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手 適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 6. 文獻(xiàn)查閱概況 [1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）（第1卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008. 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Gueta, Ryosuke Chiba, Tamio Arai, Tsuyoshi Ueyama and Jun Ota, Hybrid Design for Multiple-Goal Task Realization of Robot Arm with Rotating Table, 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation Kobe International Conference Center Kobe, Japan, May 12-17, pp. 1279- 1284, (2009) [21]Hyeun-Seok Choi, Chang-Soo Han, Kye-young Lee, Sangheon Lee, Development of hybrid robot for construction works with pneumatic actuator, Automation in Construction V.14, pp. 452– 459, (2005) 7.設(shè)計(jì)（論文）提交形式 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 外文翻譯資料 8.進(jìn)度安排 第四周： 相關(guān)資料的搜集，英語文獻(xiàn)的翻譯及編寫開題報(bào)告。 第五周： 相關(guān)資料的搜集，英語文獻(xiàn)的翻譯及編寫開題報(bào)告。 第六周： 電動機(jī)的選型，底座設(shè)計(jì)。 第七周： VR減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算。 第八周： 大臂，小臂，手腕的計(jì)算。 第九周： 其余部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 第十周： 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 第十一周：總體布局。 第十二周：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。 第十三周：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。 第十四周：焊接機(jī)器人控制部分設(shè)計(jì)及電氣原理圖繪制。 第十五周：編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。 第十六周：畢業(yè)答辯。 9. 指導(dǎo)教師意見 簽名： 年 月 日