【正文】 研究目前幾種基座安裝方式的特性和對機(jī)器人定位的影響。綜合研究上述四種方式的優(yōu)劣，認(rèn)為目前市場上應(yīng)用的焊接工作站的機(jī)器人質(zhì)量一般在之間。徑向負(fù)載能力減少絲杠自重產(chǎn)生的懸臂彎曲的同時深溝球軸承的機(jī)械特性允許絲杠產(chǎn)生微量的軸向位移，從而減輕絲杠應(yīng)力。滾珠絲杠的安裝過程中兩端軸承的支撐形式是影響其工作特性最重要的環(huán)節(jié)。下面將就伺服電機(jī)的型號進(jìn)行選擇。絲杠工作時由于溫升和載荷引起杠體沿軸向的伸長，為修正由此造成的誤差，需要在額定行程外計算并增加行程補(bǔ)償量為 (321)式中：，并查手冊可得：；代入以上參數(shù)可以計算出滿行程時行程補(bǔ)償值。又本工作平臺滾珠絲杠安裝選擇預(yù)拉伸消除軸向間隙，并采用一端固定一端支承的安裝方式。因此可計算達(dá)到最高速度時行走的距離、等速時行走的距離、減速行走距離： (312)去程等加速階段加速度為： (313)因此可得所需電機(jī)驅(qū)動力計算式為： (314)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同理可求得當(dāng)機(jī)器人平臺處于穩(wěn)速階段、勻減速階段的時候，、分別為： (315)可求得滾珠絲杠運(yùn)動時軸向負(fù)荷與行走距離、時間、。4. 由于滾珠絲杠采用滾珠—滾道接觸方式，材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)化，壽命長本文選擇臺灣上銀滾珠絲杠導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人外部軸，首先對傳動機(jī)構(gòu)的工作條件進(jìn)行分析。因此從受力的角度分析以地面平裝的焊接機(jī)器人導(dǎo)軌平臺更可靠?？紤]側(cè)壁吊裝的情況。因此會增加沿滾珠絲杠徑向方向的推力。分為慣性力為零和慣性力不為零兩種。這種安裝方式適合大型工件的焊接。第三章 機(jī)器人移載平臺的研究與設(shè)計 概述本章首先根據(jù)研究了幾種機(jī)器人安裝方式對基座受力的影響和定位精度的不同的研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)器人移載平臺的設(shè)計。安全防護(hù)方面，除外圍采用安全柵欄外，在焊接機(jī)器人移載平臺和工件工裝平臺之間用防火布幔懸掛隔離。因此必須采用外部軸配合焊接機(jī)器人實現(xiàn)工作范圍的擴(kuò)展。本文所面向的焊接工件是一個尺寸系列內(nèi)所有的工件，包含兩類14種主體焊接件。缺點(diǎn)是造價高，自行設(shè)計部件多。這種生產(chǎn)線由于每道工序的焊縫數(shù)比較平均，故產(chǎn)品平均焊接變形小、焊接質(zhì)量穩(wěn)定。3. 搬運(yùn)機(jī)器人+焊接機(jī)器人構(gòu)成工作站，這種工作站由兩個機(jī)器人本體經(jīng)過高水平的示教編程后互相協(xié)調(diào)操作實現(xiàn)的?？紤]到物流進(jìn)出的快捷、工人活動區(qū)域增加，待焊元件區(qū)和成品區(qū)開進(jìn)料門和出料門、工人活動區(qū)拓寬到車間其他區(qū)域。在焊接自動化工作站設(shè)備布局過程中，應(yīng)遵循以下幾個原則：1）物流原則。工作站布置與物料搬運(yùn)規(guī)劃的好壞將直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的總體性能。工件在焊接過程中要保持固定的位置，才能保證焊接質(zhì)量。電氣系統(tǒng)主要包括工作站總控制站、各功能模塊子控制站以及檢測系統(tǒng)狀態(tài)的傳感器模塊。結(jié)合本文研究重點(diǎn)有針對性、側(cè)重地詳述了自動化焊接工作站主要研究方向和目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。針對待焊工件的結(jié)構(gòu)分析、焊縫分布，依據(jù)實際情況設(shè)計焊接工作站各功能模塊的整體結(jié)構(gòu)。3. 針對焊接中一類常見焊接工件提出DSLD工件概念并對其建立數(shù)學(xué)模型。第三，研究焊接加工中一類常見工件，對其進(jìn)行抽象概括并建立數(shù)學(xué)模型，通過模型分析研究尺寸變化對其工裝產(chǎn)生的影響。大連研究者柳緒靜、劉黎明、王恒等人針對鋁合金熔池和焊縫斷面進(jìn)行研究，研發(fā)了一種激光—TIG復(fù)合熱源焊接方案彌補(bǔ)了TIG焊接鎂和鋁形成連續(xù)的金屬間化合物層，導(dǎo)致鎂和鋁接觸的界面開裂問題。美國伍斯特理工學(xué)院（Worcester Polytechnic Institute）的Kevin RONG教授與卡特彼勒公司合作開展了針對卡特彼勒公司大型工程機(jī)械零部件焊接工藝的計算機(jī)輔助工裝夾具設(shè)計系統(tǒng)研究開發(fā)和應(yīng)用工作[[] WANG Hui, RONG Yi ming (Kevin). Case based reasoning method for puter aided welding fixture design. Computer Aided Design, 2008,40(12):11211132.]，相關(guān)工作被分為兩個階段，第一階段為“計算機(jī)輔助工裝設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用”，第二階段在第一階段工作的基礎(chǔ)上，開展“知識驅(qū)動的智能化計算機(jī)輔助夾具設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用”。通過功能—結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行組織焊接工裝，詳細(xì)研究焊接夾具的定位穩(wěn)定性、夾緊穩(wěn)定性和焊接過程變形穩(wěn)定性及總體約束4個功能要求，通過建立功能層—特征層—結(jié)構(gòu)層的映射，匹配不同的夾具結(jié)構(gòu)模塊，形成夾具方案，使設(shè)計和生產(chǎn)更為快捷[[] 賈秀杰，李劍鋒，. 機(jī)械設(shè)計與制造, 2008，10(7)：212~214.]。而針對中小型批量產(chǎn)品，模塊化的柔性工裝夾具則因具有能快速適應(yīng)變化的工裝需求、開發(fā)周期短等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用[[] Bi, WJ Zhang. Flexible fixture design and automation: Review, issues and future directions, International Journal of Production Research. 2001,13(39):2867~2894.]。獲得了高質(zhì)量的焊縫[[] Yanlin Xu, Huanwei Yu, Jiyong Zhong, etc. Realtime seam tracking control technology during welding robot GTAW process based on passive vision sensor, Journal of Materials Processing Technology. 2012,8(212)：1654~1662.]。美國田納西理工大學(xué)Aaron Toole 針對船體焊接中超長空間分布連續(xù)焊縫提出了利用電磁履帶視覺導(dǎo)航自動追蹤焊縫的MRWS移動焊接站點(diǎn)。在自動化焊接工作站設(shè)計階段，很多學(xué)者也致力于研究更高效快捷的設(shè)計方法。自動化焊接工作站在車架車身等機(jī)構(gòu)件中應(yīng)用最為廣泛。3. 變位機(jī)或外部軸，在焊縫分布比較復(fù)雜或者工件體量較大情形下，工作站會配有焊接變位機(jī)配合焊接操作機(jī)器人動作或者機(jī)器人移載平臺實現(xiàn)多工位轉(zhuǎn)換。 process control, 2006(9)：27~29.]。柔性自動化生產(chǎn)線一般由多個柔性焊接制造單元構(gòu)成加工節(jié)點(diǎn)，由自動化物料流通存儲系統(tǒng)實現(xiàn)物流自動化，多級計算機(jī)組成控制及管理系統(tǒng)。本文針對自動化焊接工作站的研究工作具有實際的經(jīng)濟(jì)意義和生產(chǎn)意義，自動化焊接工作站具有良好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。第二個方面是機(jī)器人的持久性遠(yuǎn)優(yōu)于工人，也不會有人類的情緒波動，其生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性更高。 Sons Inc., 1954:17~19.~[]賀文雄，張洪濤，周利. 焊接工藝及應(yīng)用. 北京:國防工業(yè)出版社,2010:6~9]。進(jìn)行安裝形式的受力分析，確定在設(shè)計機(jī)器人運(yùn)行速度下合理的安裝方式，以此為基礎(chǔ)對移載平臺的關(guān)鍵零件滾珠絲杠型號及安裝方式進(jìn)行研究和設(shè)計。中圖分類號：TP24 論文編號：102870513S103學(xué)科分類號：080202 碩士學(xué)位論文鋁合金工件機(jī)器人自動化焊接系統(tǒng)研究與開發(fā) 研究生姓名 學(xué)科、專業(yè) 研究方向 指導(dǎo)教師 南京航空航天大學(xué)研究生院 機(jī)電學(xué)院二О一三年一月Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsThe Graduate SchoolCollege of Mechanical and Electrical EngineeringResearch and development of robot automatic welding workstation for Alalloy work pieceA Thesis inMechanical EngineeringbyWang HaoAdvised byAssociate Prof. Xue Jianbin Submitted in Partial Fulfillmentof the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringJAN, 2013承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。研究焊接加工中某一類常見工件，對其進(jìn)行抽象概括并建立數(shù)學(xué)模型，通過模型分析研究尺寸變化對其工裝產(chǎn)生的影響。隨著焊接技術(shù)發(fā)展，焊接產(chǎn)品中以往存在的諸如毛刺、夾渣等外觀缺陷越來越不能為人們所接受，而焊接疏松、氣孔、裂紋等制造缺陷因為存在潛在的安全隱患也被更多的關(guān)注，解決這些制造問題，其根本是防止生產(chǎn)者勞動過程中的操作不當(dāng)。調(diào)查應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，將焊接機(jī)器人引入汽車白車身焊接工藝流程后，車身焊接優(yōu)良率從87%提升到93%。與人工焊接相比，自動化焊接工作站雖然一次性投入比人工成本高，但是單工作站的功能當(dāng)量可以接近三個焊接操作工，性能更加穩(wěn)定，焊接質(zhì)量更可靠。柔性自動化生產(chǎn)線的加工質(zhì)量可靠、效率高、容易與ERP系統(tǒng)及工藝管理系統(tǒng)組成上級自動化制造系統(tǒng)，但是該種生產(chǎn)線投資額度最大。這些相似性可以為實現(xiàn)弧焊焊接自動化站提供普遍性依據(jù)。4. 工作站控制系統(tǒng)，主要包括焊接參數(shù)控制模塊、機(jī)器人控制器模塊、實現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換的機(jī)器人移載模塊或外部軸控制器、傳遞信號和加工信息的傳感器、電磁閥系統(tǒng)以及工作站整體協(xié)調(diào)控制模塊等等5. 安全防護(hù)系統(tǒng)，焊接時容易產(chǎn)生焊渣、飛濺等現(xiàn)象，不僅會造成氣缸或者定位元件的損傷還有可能對操作人員產(chǎn)生傷害，因此近年受到越來越多的重視。河北焦建武在汽車車身自動化焊接工作站中結(jié)合汽車車身主焊線生產(chǎn)工藝，為工作站進(jìn)行布局分析、工藝改進(jìn)并采用光電識別技術(shù)建立工件自動識別系統(tǒng)，將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)與控制中心數(shù)據(jù)比并進(jìn)行不匹配報警的方式[[] 焦建武. 汽車車身焊裝機(jī)器人工作站設(shè)計及應(yīng)用. 機(jī)械工程師，2012，1：126~128]。焦恩璋在自動化焊接工作站設(shè)計前期基于AutoCAD工作平臺的AutoLSP開發(fā)語言，在對CAD軟件個性化開發(fā)的工作上，采用參數(shù)化三維建模技術(shù)，建立了puma560機(jī)器人的幾何模型，并進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動仿真[[] 徐呈藝，李業(yè)農(nóng)，張佳興，等. 基于AutoCAD的PUMA560機(jī)器人運(yùn)動學(xué)正解分析. 煤礦機(jī)械，2012，11(33):97~99.]，這種技術(shù)可以直觀的規(guī)避焊接工作站設(shè)計初期的干涉等問題。提高了造船業(yè)的焊接生產(chǎn)效率[[] Aaron T. O’Toole. Design of a mobile robotic welding system,[Master Dissertation]. Tennessee, Tennessee Technological University, 2010.]。韓國三星重型機(jī)械的Donghun Lee和嶺南大學(xué)的Taewon Seo兩位學(xué)者對于輪船零部件焊接工作站中的3P3R型串聯(lián)弧焊機(jī)器人工作空間進(jìn)行分析，并進(jìn)行運(yùn)動參數(shù)優(yōu)化，采用雙步優(yōu)化方法獲得了機(jī)器人可行參數(shù)域[[] Donghun Lee, Taewon Seo, Jongwon Kim. Optimal design and workspace analysis of a mobile welding robot with a 3P3R serial manipulator, Robotic and Autonomous System. 2011, 10(59)：813~826.]。目前焊接工裝領(lǐng)域的研究也主要針對這兩個領(lǐng)域。柔性焊接工裝的設(shè)計過程中，焊接結(jié)構(gòu)加熱和冷卻循環(huán)不可避免地導(dǎo)致殘余應(yīng)力和焊接變形是不容忽視的因素。河海大學(xué)的吳玉光教授、王錦橋教授將CAD系統(tǒng)集成入孔系工裝的設(shè)計中，++，縮短了夾具開發(fā)周期[[] ，[碩士學(xué)位論文] .南京，河海大學(xué)，2003.]。大大提高了焊縫的強(qiáng)度，且焊縫美觀均勻[[] 柳緒靜、劉黎明、王恒，等. 鎂鋁異種金屬激光—TIG復(fù)合熱源焊焊接性分析. 焊接學(xué)報，2005,8(26)：31~35.]。在對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上研究該類工件的定位特點(diǎn)。在基于數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行裝夾點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上提出了DSLD工件可調(diào)柔性裝夾技術(shù)。第三章 重點(diǎn)研究了工作站中機(jī)器人移載平臺的傳動系統(tǒng)裝配方式，對導(dǎo)軌平臺的安裝方式進(jìn)行力學(xué)分析，選擇合理裝配形式。結(jié)合課題項目，提出了自己的研究方向：同尺寸系列工件的自動化焊接工作站研究。在實際自動化焊接工作站的設(shè)計中，以上模塊的表現(xiàn)形式是多種多樣的。第二個功能就是定位和夾緊。自動化焊接工作站的布局更是直接關(guān)系到車間的生產(chǎn)效率、投資額度和現(xiàn)場生產(chǎn)中的物流敏捷度。進(jìn)行物流設(shè)計時，應(yīng)盡量減少操作者往返運(yùn)動次數(shù)，工作站內(nèi)物流路線應(yīng)盡量短，以減小搬運(yùn)工件的負(fù)荷。：1）將待焊工件分兩側(cè)存放，方便在對稱工位上裝卸時取料方便?？蓪崿F(xiàn)不規(guī)則工件焊接。缺點(diǎn)是投入巨大，多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)要求高。3可以焊接復(fù)雜的空間焊縫，適應(yīng)工件種類多，工作站簡潔。這14種工件的尺寸分寬版和普通版兩類，其中工件模型在長、寬兩個方向變化，在寬度方向上有兩個變化值，其中寬度的每個變化值都對應(yīng)長度方向上的七個尺寸值。外部軸的功能為實現(xiàn)多焊接位置的轉(zhuǎn)換，因此可以采用將對稱焊接工裝平臺采取非固定式或?qū)⒑附訖C(jī)器人安裝在移動外部軸上的方法，、。當(dāng)工人在一個工位執(zhí)行完手動裝夾任務(wù)后，可以手動拉下防火布簾，然后走到另一個工位開始手動裝夾。設(shè)計了地面平裝式機(jī)器人移載平臺，對關(guān)鍵的部件進(jìn)行核算和選擇，并對移載平臺的伺服控制方式進(jìn)行了研究。，采用大型焊接機(jī)器人的價格為、采用中型焊接機(jī)人價格為，同時配置外部軸的成本為，針對市場上絕大多數(shù)焊接機(jī)器人的價格咨詢發(fā)現(xiàn)均有。根據(jù)機(jī)器人位姿的重心位置又分別有懸臂狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)。因此考慮加速度因素