【正文】 （ ） 液壓缸工作壓強(qiáng)為 P=8Mpa,所以螺釘間距 t 小于 80mm,試選擇 12 個(gè)螺釘， mmD ???? 80mm 所以選擇螺釘數(shù)目合適 Z=12 個(gè)。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力： ? ? ? ?2 2 2 22 2 6 1 . 1 1 7 . 3 50 . 0 6 6 0 . 0 5 5 0 . 0 2 2 5MP M p ab R r ?? ? ?? ? ? 選擇 8Mpa 圖 32 腕部液壓缸剖截面結(jié)構(gòu)示意圖 液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 圖 33 缸蓋螺釘間距示意圖 14 表 33 螺釘間距 t與壓力 P之間的關(guān)系 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ mm） 20 25 32 40 50 55 63 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 125 130 140 160 180 200 250 表 32 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑 （ JB106867） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 腕部設(shè)計(jì) 考慮的參數(shù)：最大載荷： 8KG；回轉(zhuǎn)。 (4) 機(jī) 液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大。 (2) 齒條活塞驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)在要求回轉(zhuǎn)角大于 270176?；剞D(zhuǎn)角由動(dòng)片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定（一般小于 270176。 (3) 必須考慮工作條件 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，焊接機(jī)器人的工作條件是在工作場(chǎng)合中焊接工件，最大載荷為 8KG，因此不太受環(huán)境影響，沒(méi)有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對(duì)焊接機(jī)器人的腕部沒(méi)有太多不利因素。因此，在腕部設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 10 第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 腕部設(shè)計(jì)的基本要求 (1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕 腕部處于手臂的最前端，它連同手部的靜、動(dòng)載荷均由臂部承擔(dān)。同時(shí)，就焊接機(jī)器人的組成（執(zhí)行機(jī)構(gòu) 和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）以及現(xiàn)實(shí)作業(yè)，給出了具體的手部、腕部、臂部和基座的結(jié)構(gòu)形式；并選擇液壓驅(qū)動(dòng)作為本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 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) :伸縮行 程： 1850mm 伸縮速度： 1200mm/s~1400mm/s 升降行程： 3650mm 升降速度： 1200mm/s~1400mm/s 回轉(zhuǎn)范圍： 00 90~90 ?? ； 手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù) :回轉(zhuǎn)范圍： 00 90~90 ?? 。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。 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。 （ 5）滑軌 滑軌是懸臂機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起懸掛作用，它將機(jī)身懸掛于導(dǎo)軌之上。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)。機(jī)身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 伸縮行程： 3650mm； 伸縮速度：1200mm/s~1400mm/s；回轉(zhuǎn)范圍： 00 90~90 ?? 。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。因此，機(jī)身部分具有兩個(gè)自由度才能滿足基本要求，即機(jī)身的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （ 4）機(jī)身 機(jī)身部 分運(yùn)動(dòng)的目的：把臂部送到直線運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。機(jī)器人臂部的伸縮使其手臂的工作長(zhǎng)度發(fā)生變化，在直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)中，手臂的最大工作長(zhǎng)度決定其末端所能達(dá)到的最遠(yuǎn)距離。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)臂部的前后伸縮運(yùn)動(dòng)。 臂部的運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部的靜、動(dòng)載荷。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)。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(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)。 圖 22 腕部回轉(zhuǎn)基本結(jié)構(gòu)示意圖 腕部的驅(qū)動(dòng)方式采用直接驅(qū)動(dòng) 的方式，由于腕部裝在手臂的末端，所以必須設(shè)計(jì)的十分緊湊可以把驅(qū)動(dòng)源裝在手腕上。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)。 目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)為回轉(zhuǎn)液壓缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度?。ㄒ话阈∮?2700） ,并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。 （ 2）腕部 腕部是連接手部和臂部的部件，并可用來(lái)調(diào)節(jié)焊槍的方位，以擴(kuò)大焊槍的工作范圍，并使手部變的更靈巧，適應(yīng)性更強(qiáng)。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)。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小 伺服電動(dòng)機(jī) 易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題 6 安全性 防爆性能好，用液壓油作為傳動(dòng)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(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境防爆性能較差 對(duì)環(huán)境影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 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(dòng)，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(dòng)、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(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 焊接機(jī)器人的組成 焊接機(jī)器人由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。 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)。 (2) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)多用于開(kāi)關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人，與液壓驅(qū)動(dòng)相比較，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)于油液廉價(jià)，故氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件比液壓元件價(jià)格低 …… (3) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 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。 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型 和垂直關(guān)節(jié)型兩種。相對(duì)機(jī)器人本體尺寸，其工作空間比較大。 (4) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu) 關(guān)節(jié)型機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是由三個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，如圖 21（ d） 。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。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但精度不很高。其工作空間是一個(gè)圓柱狀的空間。 (2) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu) 圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 21（ b） 。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。因此，為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類(lèi)型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺 寸大得多。由于直線運(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) ） 。 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。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）。各運(yùn)動(dòng)部件自由度的總和為機(jī)器人的自由度數(shù)。 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。 確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型； 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。如機(jī)器人的自由 度、信息的存儲(chǔ)量、計(jì)算機(jī)功能、動(dòng)作精度的要求、容許的運(yùn)動(dòng)范圍、以及對(duì)溫度、震動(dòng)等環(huán)境的適應(yīng)性。 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。 總體設(shè)計(jì)的思路 設(shè)計(jì)機(jī)器人大體上可分為兩個(gè)階段： (1) 系統(tǒng)分析階段 錯(cuò)誤 !未找到引用源。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。 新中國(guó)成立后，經(jīng)過(guò) 50 年的艱苦努力，中國(guó)焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，取得了很大的成就，焊接生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化與自動(dòng)化程度已達(dá)到 20%。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。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。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。雖然機(jī)器人一次性投資比較大，但它的日常維護(hù)和消耗相對(duì)于它的產(chǎn)出遠(yuǎn)比完成同樣任務(wù)所消耗的人工費(fèi)用小。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)。工業(yè)機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。 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。焊接機(jī)器人就是在工業(yè)機(jī)器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進(jìn)行焊接，切割或熱噴涂。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。該機(jī)器人具有剛性好，位置精度高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。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)。本次設(shè)計(jì)，是在了解焊接機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)而掌握焊接機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)手臂和腕部進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，大力研究并推廣焊接機(jī)器人技術(shù)勢(shì)在必行。 I 摘 要 隨著科技的發(fā)展和工業(yè)需求的增加，焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中所占據(jù)的分量越來(lái)越大，而且焊接技術(shù)的優(yōu)良程度直接影響著零件或產(chǎn)品的質(zhì)量。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)。 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人的實(shí)踐和方法。合理布置了液壓缸。為工業(yè)上焊 接機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供理論參考、設(shè)計(jì)參考和數(shù)據(jù)參考，為工業(yè)設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐的參考。 關(guān)鍵字：焊接機(jī)器人 液壓系統(tǒng) 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) II Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand, welding in industrial production occupied more and more weight, and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or the domestic application of welding robot with a certain scale, but falls far short of the overall demand for , great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mech