焊接機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-23 13:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 第3章 焊接機(jī)器人焊接小車的組成與功能本文研究的焊接機(jī)器人為爬行式全位置焊機(jī)器人，其主要組成部分為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，該章研究重點(diǎn)在于機(jī)器人形體和焊接小車的設(shè)計(jì)，接下來就對(duì)該部分進(jìn)行說明。 小車整體設(shè)計(jì)思路要求設(shè)計(jì)一種焊接小車，對(duì)焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)保證焊接質(zhì)量。對(duì)于焊接小車的選用有多種，爬行式全位置焊機(jī)器人輪式移動(dòng)小車具有轉(zhuǎn)向精度高、同步性好的優(yōu)點(diǎn)，但因其只產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦力，牽引能力和負(fù)重能力均較弱。而全履帶式小車在轉(zhuǎn)向時(shí)是依靠兩側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)速度差來實(shí)現(xiàn)的，但由于磁吸附式履帶對(duì)工件工作面具有較強(qiáng)的吸附作用，所以要完全依靠履帶的速度差來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向就比較勉強(qiáng)，對(duì)鏈輪、鏈條及磁鋼均有不利的影響。而爬行式全位置焊機(jī)器人半履帶小車，前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪和履帶與工件工作面之間既有靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力又有滾動(dòng)摩擦力的生成，從而使小車具有較強(qiáng)的牽引能力和負(fù)重能力，小車轉(zhuǎn)向方便靈活，適合在平整和不甚平整的工件工作面上工作。所以我們選用爬行式全位置焊機(jī)器人半履帶小車。圖31 履帶式爬行機(jī)構(gòu) 小車組成該焊接小車是由行走機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍擺動(dòng)、焊槍高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的。下面重點(diǎn)介紹各機(jī)構(gòu)的工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 行走機(jī)構(gòu)本論文設(shè)計(jì)小車采用履帶式移動(dòng)方式，在小車后車身上安裝兩個(gè)交(直)流伺服電機(jī)，小車的后驅(qū)動(dòng)依靠兩個(gè)后交(直)流伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)兩根履帶，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，雙履帶為小車左、右配置，從動(dòng)鏈輪的芯輪軸置于可前后和上下移動(dòng)的調(diào)節(jié)滑塊和彈性懸架上，在小車體的前端兩側(cè)安裝有前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪，前交(直)流伺服電機(jī)、前減速器和轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)均安裝在小車體的電機(jī)座上。前輪既起轉(zhuǎn)向作用又具有驅(qū)動(dòng)功能，小車牽引力得到增強(qiáng)，能滿足在小車負(fù)載較大時(shí)對(duì)牽引力的需求，轉(zhuǎn)向精度高【1】。1車體2電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)3主動(dòng)鏈輪4行走輪5行走輪軸6傳動(dòng)鏈條7鏈條之間的空隙8可控永磁鐵裝置9鏈條張緊機(jī)構(gòu)10調(diào)節(jié)塊11調(diào)節(jié)螺桿12固定塊13轉(zhuǎn)動(dòng)螺母14萬向節(jié)15車體側(cè)板16磁懸浮構(gòu)件17構(gòu)件主體18圓柱形永久磁鐵19通孔20磁性材料21非磁性材料22通孔23鏈輪圖32兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的雙履帶永磁吸附爬行機(jī)構(gòu)示意圖在焊接中，要求焊接機(jī)器人的焊炬必須精確地沿焊縫以恒定的焊接速度運(yùn)動(dòng)，而僅憑履帶式移動(dòng)機(jī)器人本體則難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)軌跡控制，因而不能采用焊炬與輪式機(jī)器人本體相固接的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。為此，必須設(shè)計(jì)一種合理的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠在機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)焊炬位置的精確控制。我們采用了在移動(dòng)機(jī)器人本體上加裝快速反應(yīng)十字滑塊，焊炬與十字滑塊固接的方法，讓焊接機(jī)器人本體在一定的誤差范圍內(nèi)粗略跟蹤焊縫，十字滑塊實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的跟蹤焊縫。由于滑塊的運(yùn)動(dòng)范圍比較窄，必須使十字滑塊和爬行機(jī)構(gòu)有效配合起來才能完成對(duì)焊縫的精確跟蹤，十字滑塊分豎直和水平兩個(gè)移動(dòng)方向，在水平方向移動(dòng)的十字滑塊導(dǎo)軌上安裝有4個(gè)接觸式開關(guān)，把橫向位置分5個(gè)區(qū)間，用來確定滑塊的大概位置【2】。圖33十字滑架機(jī)構(gòu)示意圖 焊槍擺動(dòng)焊槍的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)擺動(dòng)中心傳感器、一個(gè)高速步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)及焊槍夾持機(jī)構(gòu)組成。其性能的好壞，將直接影響焊縫的成形。根據(jù)焊接工藝要求，焊槍擺動(dòng)到兩端時(shí)必須有一定時(shí)間的停留，停留時(shí)間很短()。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)帶間歇的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，采用高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，此間歇是由電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理如下:將高速步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，由于電機(jī)子口通過機(jī)座固定于行走小車上，故絲杠旋轉(zhuǎn)而滑塊通過絲杠螺母作軸向直線運(yùn)動(dòng)，焊槍夾持機(jī)構(gòu)與滑塊相連，從而實(shí)現(xiàn)焊槍的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)預(yù)先設(shè)定焊槍的擺幅士25mm，確定滑塊的有效行程為60mm，擺速為0200cm/min。主要由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑塊機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)用于在高、低方向上調(diào)節(jié)焊槍，設(shè)計(jì)高度調(diào)節(jié)范圍為50mm。[4]小車的后驅(qū)動(dòng)依靠兩個(gè)后交(直)流伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)兩根履帶，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，雙履帶為小車左、右配置，從動(dòng)鏈輪的芯輪軸置于可前后和上下移動(dòng)的調(diào)節(jié)滑塊和彈性懸架上，前輪既起轉(zhuǎn)向作用又具有驅(qū)動(dòng)功能，小車牽引力得到增強(qiáng)，能滿足在小車負(fù)載較大時(shí)對(duì)牽引力的需求，轉(zhuǎn)向精度高。依靠永磁磁鋼、扼鐵與被焊工件間形成強(qiáng)磁路所構(gòu)成的吸附磁路吸附在所需焊接的鋼構(gòu)件上。小車由控制電路發(fā)出信號(hào)控制交(直)流伺服電機(jī)和轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)，從而完成焊縫軌跡自動(dòng)跟蹤。以下為小車結(jié)構(gòu)示意圖。圖34為小車的結(jié)構(gòu)示意圖1. 前交(直)流伺服電機(jī)；2. 轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)；3. 前減速器；4. 前減速器輸出軸；5. 電機(jī)座；6. 轉(zhuǎn)向器；7. 車體；. 前磁鋼；10. 主動(dòng)錐齒輪；11. 被動(dòng)錐齒輪；12. 后行走支撐輪；13. 鏈條；14. 展帶磁鋼；15. 小車體的支架；16. 調(diào)節(jié)滑塊；17. 彈性懸架；18. 調(diào)節(jié)螺栓；；焊接小車包括小車體7，在小車體7的前端兩側(cè)安裝有前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪20,前交(直)流伺服電機(jī)前減速器3和轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)2均安裝在小車體7的電機(jī)座5上，前交(直)流伺服電機(jī)1的輸出軸與前減速器2輸入端直接相連， 10固定在前減速器3的輸出軸4上，被動(dòng)錐齒輪11與主動(dòng)錐齒輪10嚙合傳動(dòng)，被動(dòng)錐齒輪11固定在前差速器24殼體上，前驅(qū)動(dòng)內(nèi)半軸25的一端固定在前差速器24內(nèi)的半軸錐齒輪上，另一端通過萬向節(jié)與前驅(qū)動(dòng)外半軸28連接，前驅(qū)動(dòng)外半軸28通過輪蓋41與前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪20連接，并將轉(zhuǎn)距遞給前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪20，前差速器24內(nèi)的一對(duì)半軸錐齒輪與一對(duì)行星錐齒輪嚙合。轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)2通過前聯(lián)軸器”接轉(zhuǎn)向器6內(nèi)的轉(zhuǎn)向齒輪，轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向齒條嚙合，轉(zhuǎn)向齒條兩端與左右轉(zhuǎn)向連桿23連接，轉(zhuǎn)向拉桿23的兩端均與轉(zhuǎn)向節(jié)支架22的一端活動(dòng)連接，轉(zhuǎn)向節(jié)支架22的另一端與轉(zhuǎn)向節(jié)21固定在一起，在小車體7前端兩側(cè)固定有前梁26，轉(zhuǎn)向節(jié)21的一端通過轉(zhuǎn)向主銷27活動(dòng)安裝在前梁26上，另一端套在前驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪28的軸承中。在小車體7內(nèi)中后部并排安裝有兩個(gè)后交(直)流伺服電機(jī)30和兩個(gè)后減速器31,后減速器31通過后聯(lián)軸器32接蝸輪一蝸桿減速器33，后驅(qū)動(dòng)半軸34一端接蝸輪一蝸桿減
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