【正文】 、水下設(shè)施和核反應(yīng)堆等焊接結(jié)構(gòu)上也日益顯示出它的重要作用。此外 ,許多日本大公司 , 如大阪變壓器公司先后在大阪、東京、名古屋等地設(shè)立了焊接機器人培訓(xùn)學(xué)校。從數(shù)量和智能化的程度來看 , 日本的焊接機器人在世界上占明顯優(yōu)勢 , 并已向美、英等國大量出口。 當前焊接機器人的應(yīng)用迎 來了難得的發(fā)展機遇。 新松公司以關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、自主產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用工程示范為技術(shù)路線 , 將各類汽車車身自動沖壓線、白車身焊裝線、汽車總裝線、發(fā)動機裝配線、工裝夾具及輸送系統(tǒng)的設(shè)計制造焊裝線鋼結(jié)構(gòu)、管網(wǎng)工程的設(shè)計制造焊裝線工藝設(shè)計、平面布置、機器人選型、機器人用自動焊鉗設(shè)計與選型、非標機械裝備、輔具、控制系統(tǒng)的設(shè)計制造與生產(chǎn)工藝調(diào)試等方面的先進裝備技術(shù)成功應(yīng)用于企業(yè)實際生產(chǎn)。 焊接機器人的發(fā)展趨勢 為保障公司的產(chǎn)品和技術(shù)與世界水平同步發(fā)展 , 新松公司充分利用自身的技術(shù)優(yōu)勢和行業(yè)地位 , 除了開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)機器人自動化 系列產(chǎn)品外。預(yù)計未來 5年 , 國內(nèi)企業(yè)對焊接機器人的需求量將以以上的速度增長。傳輸裝置則已發(fā)展為采用無人駕駛的更具柔性化的感應(yīng)導(dǎo)向小車。手臂的內(nèi)孔裝有傳動軸，可把動作傳給手腕，以轉(zhuǎn)動、伸屈手腕，開 閉手指。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁性吸盤。 總括機械手的運動，離不開直線移動和轉(zhuǎn)動二種，因此它采用的執(zhí)行機構(gòu)主要是直線油缸、擺動油缸、電 液脈沖馬達、伺服油馬達、交流伺服馬達、直流伺服馬達和步進馬達等。 液壓驅(qū)動主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實現(xiàn)傳動。 氣壓驅(qū)動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達、氣閥等。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。有的采用直線電動機。 機械驅(qū)動只用于動作固定的場合。 控制系統(tǒng) 機械手控制的要素，包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等。 程序的存貯方式分為分離存貯和集中存貯兩種。 對動作復(fù)雜的機械手 (機器人 )，采用示教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。 插銷板適用于需要迅速改變程序的場合。 磁芯和磁鼓僅適用子存貯容量較大的場合。它的工作程序是固定的，也可根據(jù)需要編制程序控制，以獲得多種工作程序，適應(yīng)多種作業(yè)的需要。它的動作程序可以按照工作需要來改變，大都是采用順序控制系統(tǒng)，如插銷板、插件板、穿孔帶、穿孔卡、凸輪轉(zhuǎn)鼓、磁芯和磁鼓等。故又稱之為重復(fù)型機械手。操縱式機械手可以近距離直接操縱，也可以遠距離操縱?？刂泣c數(shù)愈多，性能愈好。它能在三維空間中作極其復(fù)雜的動作。它的手臂可作伸縮，左右和上下移動，按直角坐標形式 X， Y， Z 只個方向的直線進行運動，其工作范圍可以是一個直線運動，二個直線運動或三個直線運動。 圓柱坐標式機械手 圓柱坐標式機械手是應(yīng)用最多的一種型式，它適用于搬運和測量工件。 圓柱坐標式機械手有五個基本動作 : (1)手臂水平回轉(zhuǎn) 。 (5)手爪夾緊動作 。關(guān)節(jié)式機械手，早在四十年代就在原子能工業(yè)中得到應(yīng)用，隨后在開發(fā)海洋中應(yīng)用，有一定的發(fā)展前途。 表 1— 2 為關(guān)節(jié)式機械手與人體上肢動作角度比較： 表 1— 2 關(guān)節(jié)式機 械手與人體上肢動作角度比較 肩旋轉(zhuǎn) 上臂曲擺 下臂曲擺 下臂旋轉(zhuǎn) 手腕曲擺 手腕搖擺 手旋轉(zhuǎn) 人體上肢 080? 090? 0 ～0130 – 045 ～+ 065 – 060 ～+ 090 – 060 ～+ 090 — 關(guān)節(jié)式機械手 0180? 080? 090? 0180? 090? — 0180? 關(guān)節(jié)式機械手的傳動機構(gòu)采用齒輪、齒條式和擺動式。傳動機構(gòu)在承受負荷的同時必須承受自重。 計算機輔助設(shè)計和 CATIA 軟件的發(fā)展 計算機輔助設(shè)計的發(fā)展 近些年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機圖形處理能力日益增強，以計算機為主要工具的 仿真技術(shù)也迅速發(fā)展起來，并很快應(yīng)用于工程領(lǐng)域。當通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要回頭修改設(shè)計并再用樣機驗證。在市場競爭的背景下，基于 12 實際樣機上的設(shè)計驗證過程嚴重地制約了產(chǎn)品的質(zhì)量的提高、成本的降低和對市場的占有。作為一門新興的高技術(shù)，己經(jīng)成為工程技術(shù)領(lǐng)域計算機應(yīng)用的重要方向。 軟件的特點及前景 CATIA是法國達索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。 (2).易學(xué)、易用，操作過程直觀、簡單，功能強大。 13 焊接機械手的設(shè)計思想 焊接機械手的任務(wù)就是從原始位置到達工作地點并完成一系列作業(yè)需要的動作。 圖 3— 1 機械手 按矢量封閉圖表示 設(shè)機械手從初始狀態(tài)出發(fā)，到達夾持點需經(jīng)過多次位移，形成一系列動作。 如對六個自由度的通用機械手如圖 32 具有 ?1 、 ?2 、 L3 、 ?3 、 ?4 、 ?5 。 其次研究一下保持夾持矢量 8G 的工作姿勢會變成什么樣子。手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計重點是驅(qū)動力的計算和偏重力矩的計算。 水平回轉(zhuǎn)時驅(qū)動力矩的計算 ）（摩慣驅(qū) kg mMMM ?? 摩M —— 摩擦力矩 (包括各支承處摩擦祖力矩 )。米 2秒 ) 2?gGJo ? ? — 手臂回轉(zhuǎn)半徑〔重心到回轉(zhuǎn)中心的距離 )(米 )； G— 手臂運動件的重量 (公斤 )。重心位置，由于零件多數(shù)均選用對稱結(jié)構(gòu)，故重心應(yīng)位于其幾何截面的形心上。因此要多方考慮。 焊接機械手各零部件的設(shè)計 焊接機械手的零部件包括 :機座、機座蓋板、機身、轉(zhuǎn)臺、大臂、小臂、旋轉(zhuǎn)手腕、擺動手腕、手抓、銷釘、螺栓、螺母等構(gòu)成。流程如圖 4— 1 ,由圖可知對仿真實體的模擬加載與仿真分析 ,旨在對樣機的整體動 態(tài)性能和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化 ,從而達到縮短物理樣機的實驗時間 ,降低試驗成本 ,加快研究進程的目的。 簡單數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)所給出的六自由度機械手的運動情況給出各個轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)角度 (見表 4— 2) 。 軸 4 （手腕） 360176。小臂和手腕所在機件的線性長度為 lb 。角 β 為小臂與大臂所在直線所成 夾角 ,順時針為負逆時針為正。 可得機器人 x 軸的總水平伸長量 l = al sin + bl sin (α +β ) + cl sin (α +β +γ )=104 總的身長高度 h = al sin + bl sin (α +β ) + cl sin (α +β +γ ) + h1=200 根據(jù)基座的旋轉(zhuǎn)角度可得到爪手所持的焊接點的三維空間坐標 ( x , y , z) : ( lcos φ , h , lsin φ ) 根據(jù)坐標可分別逆推待定和計算每個轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)角度進行可行性設(shè)計。 若每個伺服電動機的旋轉(zhuǎn)角速度一定則可得瞬時速度 ,設(shè)軸 3個轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)速分別為 Vα 、 Vβ 、 Vγ 。三維零件圖已經(jīng)準備好，裝配過程如下： 啟動 CATIA軟件，如下圖選擇“裝配圖”選項，單擊“確定”按鈕，建立裝配體操作界面。 熟練掌握 CATIA 的三維建模和動態(tài)仿真與其他三維動態(tài)仿真軟件的差別，掌握了使用CATIA在汽車與航空方面 的基本流程?，F(xiàn)狀它對于驗證機械手的工作原理工作空間及碰撞檢測都具 有非常重要的指導(dǎo)意義 。 總結(jié) 通過對文獻的閱讀，了解了關(guān)于機械手的發(fā)展過程，以及組成、分類。其中 l = al os ( Vα t) +bl cos ( Vβ t ) + cl cos ( Vγ t) , h =al sin ( Vα t) + bl sin ( Vβ t) + cl sin ( Vγ t) + h1 ,然后瞬時加速度及相關(guān)的數(shù)據(jù)也可得出。 Vy =Δ h/t 。 φ 為轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度 , x 軸正向為 0176?；椎降?1個旋轉(zhuǎn)副的高度為 h1 。 圖 4— 3 六自由度機器人簡化模型 圖 4— 3為六自由度機械手簡化模型 ,以基座底面圓的圓心為坐標原點設(shè)立三維坐標系。 軸 2 （大臂） 0~90176。 表 4— 1 機械手零部件明細表 序號 零部件名稱 數(shù)量 序號 零部件名稱 數(shù)量 1 機座 1 8 轉(zhuǎn)軸 1 2 機身 1 9 銷釘 1 3 轉(zhuǎn)臺 1 10 銷釘 1 4 大臂 1 11 銷釘 1 5 小臂 1 12 螺栓 M18 4 6 手腕 1 13 螺母 M18 4 7 手抓 2 模擬加載是在所作 CATIA 文件基礎(chǔ)上進行的 ,此種情況下建立仿真需要注意 :設(shè)置長度單位選擇 mm ,質(zhì)量單位選擇 kg ,時間選擇 s。 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 18 （ 2）機座蓋板的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 19 （ 3）機身的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 20 （ 4）轉(zhuǎn)臺的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 21 （ 5）大臂的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 22 （ 6）小臂的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 23 （ 7）旋轉(zhuǎn)手腕的設(shè)計 利用 CATIA V5 R19 實體設(shè)計，如圖 24 （ 8）擺動手腕的設(shè)計 利