【正文】 3 總體設(shè)計(jì)的思路 ..................................................................................... 3 自由度和坐標(biāo)系的選擇 ......................................................................... 3 傳動(dòng)方案論證 ......................................................................................... 4 焊接機(jī)器人的組成 ................................................................................. 6 執(zhí)行機(jī)構(gòu) ...................................................................................... 6 控制系統(tǒng)分類(lèi) .............................................................................. 8 焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) ......................................................................... 8 本章小結(jié) ................................................................................................. 8 第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ........................................................................ 10 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 ........................................................................... 10 腕部結(jié)構(gòu)及選擇 ................................................................................... 10 典型的腕部結(jié)構(gòu) ................................................................................ 10 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇 .................................................... 10 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................... 11 腕部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ........................................................................ 11 腕部驅(qū)動(dòng)液壓缸的計(jì)算 ............................................................ 11 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 ........................................................................... 12 動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 ............................................................... 13 本章小結(jié) ............................................................................................... 13 第 4 章 臂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ........................................................................ 15 臂部設(shè)計(jì)的基本要求 ........................................................................... 15 手臂的典型機(jī)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇 ....................................................... 16 手臂的典型運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ................................................................ 16 手臂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 ................................................................ 16 手臂直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 ............................................................... 17 手臂摩擦力的分析 與計(jì)算 ........................................................ 17 手臂慣性力的計(jì)算 .................................................................... 18 密封裝置的摩擦阻力 ................................................................ 18 液壓缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定 ........................................................... 18 IV 活塞桿的計(jì)算校核 ................................................................................ 19 本章小結(jié) ............................................................................................... 20 第 5 章 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ........................................................................ 21 機(jī)身的整體設(shè)計(jì) .................................................................................... 21 機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................... 22 機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的計(jì)算 ........................................................................... 23 手臂偏重力矩的計(jì)算 ................................................................ 23 升降不自鎖條件分析計(jì)算 ........................................................ 24 手臂做升降運(yùn)動(dòng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 ................................ 24 軸承的選擇分析 ................................................................................... 25 本章小結(jié) ............................................................................................... 25 總結(jié) ...................................................................................................................... 26 致謝 ...................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 28 1 第 1 章 引言 焊接機(jī)器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機(jī)器人。合理布置了液壓缸。國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人應(yīng)用雖已具有一定規(guī)模，但與我國(guó)焊接生產(chǎn)總體需求相差甚遠(yuǎn)。因此，大力研究并推廣焊接機(jī)器人技術(shù)勢(shì)在必行。同時(shí)了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制學(xué)。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）工業(yè)機(jī)器人術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機(jī)器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)（ Manipulator），具有三個(gè)或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。 從機(jī)器人誕生到本世紀(jì) 80 年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。在西方國(guó)家，由于勞動(dòng)力成本的提高為企業(yè)帶 來(lái)了不小的壓力，而機(jī)器人價(jià)格指數(shù)的降低又恰巧為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來(lái)了契機(jī)。而機(jī)器人價(jià)格的降低使一些中小企業(yè)投資購(gòu)買(mǎi)機(jī)器人變得輕而易舉。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì) 70 年代末開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的研究，經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。在機(jī)床、鍋爐、汽車(chē)、化工機(jī)械、工程機(jī)械和重 2 型機(jī)械等國(guó)家重點(diǎn)骨干企業(yè)，通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及相應(yīng)配套的自動(dòng)化焊機(jī)、成套焊接設(shè)備、焊接生產(chǎn)線(xiàn)和 柔性制造系統(tǒng)，使焊接生產(chǎn)機(jī)械化與自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到了國(guó)際 90 年代初的先進(jìn)水平，進(jìn)入世界先進(jìn)之列。 分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 根據(jù)系統(tǒng)的要求確定機(jī)器人的自由度和允許的空間工作范圍，選擇機(jī)器人 的坐標(biāo)形式； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。而生產(chǎn)實(shí)踐中不需要機(jī)器人的手有這么多的自由度一般為 36個(gè)（不包括手部）。由于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機(jī)器人有可能達(dá)到很高的位置精度 （ μm級(jí) ） 。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門(mén)式，天車(chē)式三種結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。其工作空間是一個(gè)類(lèi)球形的空間 錯(cuò)誤 !未找到引用源。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。 圖 21 四種機(jī)器人坐標(biāo) 形式 傳動(dòng)方案論證 a)直角坐標(biāo)型 b)圓柱坐標(biāo)型 c)球坐標(biāo)型 d)關(guān)節(jié)型 5 焊接機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式和電動(dòng)機(jī)式。 表 21 三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 輸出力 壓力高，可獲得大的輸出力 壓力相對(duì)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(wú)級(jí)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(dòng)。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣 吸盤(pán)（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤(pán)。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。本次設(shè)計(jì)的焊接機(jī)器人的腕部是利用液壓缸實(shí)現(xiàn)手部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。將夾緊活塞缸的外殼與擺動(dòng)油缸的動(dòng)片連接在一起；當(dāng)回轉(zhuǎn)液壓缸中不同的油腔中進(jìn)油時(shí)即可實(shí)現(xiàn)手腕不同方向的回轉(zhuǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臂部的前后伸縮運(yùn)動(dòng)。 （ 4）機(jī)身 機(jī)身部 分運(yùn)動(dòng)的目的：把臂部送到直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。伸縮式機(jī)身結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)可采用液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。 控制系統(tǒng)分類(lèi) 在機(jī)械 手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制兩種方式。 焊接機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 一、用途：用于焊接工件 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) : 焊槍 :； 自由度數(shù) :4個(gè)自由度 （腕部回轉(zhuǎn)；小臂部伸縮；大臂部回轉(zhuǎn)；大臂部伸縮 4個(gè)運(yùn)動(dòng)）； 坐標(biāo)型式 :直角坐標(biāo)系； 最大工作半徑 :4730mm； 手臂最低中心高 :4040mm； 手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù) :伸