焊接機器人設計焊接機器人設計焊接機器人設計焊接機器人設計編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:摘要隨著科技的發展和工業需求的增加，焊接技術在工業生產中所占據的分量越來越大，而且焊接技術的優良程度直接影響著零件或產品的質量。國內焊接機器人應用雖已具有一定規模，但與我國焊接生產總體需求相差甚遠。因此，大力研究并推廣焊接機器人技術勢在必行。

本設計的重點是運用機械原理和機械制造裝備設計方法設計焊接機器人的實踐和方法。本次設計，是在了解焊接機器人在國內外現狀的基礎上，進而掌握焊接機器人內部結構和工作原理，并對手臂和腕部進行結構設計。合理布置了各個組件。同時了解機器人機械系統運動學及運動控制學。為工業上焊接機器人的設計提供理論參考、設計參考和數據參考，為工業設計者提供設計理論和設計實踐的參考。該機器人具有剛性好，位置精度高、運行平穩的特點。關鍵字：焊接機器人

傳動系統

機械機構設計

AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandtheincreaseinindustrialdemand,weldinginindustrialproductionoccupiedmoreandmoreweight,andexcellentweldingtechnologydirectlyaffectsthedegreeofthequalityofpartsorthedomesticapplicationofweldingrobotwithacertainscale,butfallsfarshortoftheoveralldemandfor,greateffortstostudyandpromotetheweldingrobottechnologyisimperative.Thefocusofthisdesignistheuseofmechanicaltheoryanddesignofmachineryandequipmentdesignandmethodsofpracticeweldingdesignoftheweldingrobotinunderstandingthebasisofthestatusquoathomeandabroad,andthengrasptheweldingrobotandworkingprincipleoftheinternalstructure,andstructuraldesignofthearmandarrangementofthehydraulicthesametimeunderstandtherobotmechanicalsystemkinematicsandmotioncontrolthedesignofindustrialweldingrobotstoprovideatheoreticalreference,referenceanddatareferencedesignforindustrialdesignersanddesignpractice,designtheoryrobothasagoodrigidity,highprecisionlocation,stablecharacteristics.Keyword：Welding

robot：；Transmissionsystem；Mechanical

structure

design；

目錄緒論、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~。第1章焊接機械手的總體方案設計焊接是制造工業中最重要的工藝技術之一.它在機械制造,核工業,航空航天\能源交通,石油化工及建筑和電子等行業中的應用越來越廣.隨著科學技術的發展,焊接已從簡單的構件連接方法和毛坯制造手段發展成為制造行業中一項基礎工藝和生產尺寸精確的制成品的生產手段.傳統的手工焊接已不能滿足現代高技術產品制造的質量,數量要求.因此保證焊接產品質量的穩定性,提高生產率和改善勞動條件已成為現代焊接制造工藝發展亟待解決的問題.從21世紀先進制造技術的發展要求看,焊接自動化生產已是必然趨勢.焊接機器人主要優點如下:1)穩定和提高焊接質量,保證其均勻性;2)提高勞動生產率,一天可24小時連續生產3)改善工人勞動條件,可在有害環境下工作;4)降低對工人操作技術的要求;5)縮短產品改形換代的準備周期,減少相應的設備投資;6)可實現小批量產品的焊接自動化;7)能在空間站建設,核能設備維修,深水焊接等極限條件下完成人工難以進行的焊接作業.8)為焊接柔性生產線提供技術基礎.焊接作為機械制造業中僅次與裝備加工和切削加工的第三大加工作業,對其進行機器人柔性加工技術及其相關的控制器PC化,網絡化和智能化的應用研究已成為焊接自動化發展的必然趨勢.實現焊接自動化生產的意義和必要性:隨著我國一步一步地走向國際市場大舞臺和加入國際貿易組織,國內競爭和國際競爭的界限將越來越模糊,我國的經濟發展和國際接軌是大勢所趨,改變過去的生產方式和管理模式已迫在眉睫.這種改變不僅僅對大小型企業而言,對中型企業也將更加重要.根據任務的來源不同，按制造廠的產品規劃或用戶訂貨要求來確定。在總體方案設計階段先要確定的主要參數有如下幾種：（1）額定負載。額定負載是指在機器人規定的性能范圍內，機械接口處所能承受負載的允許值。它主要根據作用于機械接口處的力和力矩，包括機器人末端執行器的質量、抓取工件的質量及慣性力（矩），外界的作用力（矩）（如切削機器人的切削力）來確定。本次課題設計要求的額定負載、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~（5）機器人的手部裝置又稱末端執行器。根據作業性質不同，機械臂末端的執行器有不同形式。焊接機器人和噴涂機器人的末端分別為固定焊槍和噴槍的夾具。搬運大件光整平板的機器人一般采用真空吸附式末端執行器，利用吸盤內壓力與大氣壓力之間的差值產生吸附作用力。對于一般的物料搬運和裝配機器人，末端執行器為種類繁多的機械夾持器，用機械手指的閉合和張開來夾緊和釋放工件。運送鐵磁物質的機器人還可以將電磁吸盤作為末端執行器。

第2章焊接機器人底座的設計機器人底座的結構設計要求：1)要有足夠大的安裝基面，以保證機器人工作時的穩定性。2)機座承受機器人全部重量和工作載荷，應保證足夠的強度、剛度和承載能力。3)機座軸系及傳動鏈的精度和剛度對末端執行器的運動精度影響最大。因此機座與手臂的聯接要有可靠的定位基準面，要有調整軸承間隙和傳動間隙的調整機構。機器人的底座是由兩部分組成的，分為上下兩部分，下部分的作用是固定和支撐，屬于不動體，用螺絲固于與地上；上部分是一個轉臺作用是支撐和旋轉，帶動大臂以上部分做旋轉運動。上部分也稱做腰部，腰部回轉由一級齒輪傳動組成，如圖2-1所示底座部件裝配圖，在結構布置上電機、減速器和小齒輪均在腰上隨腰座一起回轉；而大齒輪固定在機座上。這樣布局對裝飾、潤滑方便，但增大了腰部回轉的轉動慣量。圖2-1底座部件簡圖焊接機器人底座由下底座和上底座組成，如圖2-2所示，底座上使用的是階梯軸，作用是傳動轉矩，把減速器傳出的轉矩傳動到小齒輪上，軸的上端和減速器的柔輪相連，下端由鍵和小齒輪聯結，減速器的和外殼聯結，外殼又和機器人的大臂用螺栓連接；當底座的電機工作時，減速器的剛輪不動，柔輪動，柔輪又通過階梯軸和小齒輪由鍵連接，所以帶動小齒輪動，小齒輪、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~下兩種情況：1）、波發生器主動，剛輪固定，柔輪從動時，波發生器與柔輪的減速傳動比為ieq\o(\s\up8(G),\s\do3(HR))= 式中,——分別為剛輪與柔輪的齒數；，——分別為波發生器和柔輪的轉速。2)波發生器主動，柔輪固定，剛輪從動時，波發生器和剛輪的減速傳動比為式中——剛輪的轉速。波發生器固定時，若剛輪主動而柔輪從動，其傳動比略大于１，反之，柔輪主動而剛輪從動，其傳動比略小于１。根據底座的這種運動要求，以及底座運動的轉動慣量，我們選用標準的諧波減速器，其性能參數如下表所示：規格產品型號模數m減速比i額定輸入轉速r/min額定輸出力矩N·m８０ＸＢ－８０－２０２Ｂ０．２２０２≤３０００１２０其外形及安裝尺寸如下表：機型ＡＢＣＤＥＦＧＨＩ８０1157781．6158034105ＪＫＬＯＰＱＲＳＴ14516．326565．53645底座上使用的是階梯軸，作用是傳動轉矩，把諧波減速器傳出的轉矩傳動到小齒輪上，軸的上端和諧波減速器的柔輪相連，下端由鍵和小齒輪聯結，按彎扭合成強度校核軸的強度1、繪制軸受力簡圖(圖a)2、繪制垂直面彎矩圖(圖b)軸承支承反力====+=982+=計算彎矩截面c右側彎矩===截面c左側彎矩===、繪制水平彎矩圖(圖c)軸支承反力====1309N截面c處彎矩==1309=、繪制合成、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~取失效概率為1%，接觸疲勞強度最小安全系數=1=,=(=、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~(2)分度圓直徑==433=132、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~

第3章焊接機器人腰部的設計腰部結構設計要求1)腰部的結構和尺寸應滿足機器人完成作業任務提出的工作空間要求。工作空間的形狀和大小與腰部的長度、腰部關節的、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~的回轉基座、大臂、小臂進行詳細設計計算。大臂與腰部是用螺栓連接起來的；柔輪通過支撐法蘭固定在選擇底座上，大臂的運動需要良好的精度，且受力比較簡單，除了自身的重量以外，能承受100N外力即可，采用步進電機控制，并且把軸設計成階梯軸，由深溝球軸承支撐，同時用絲杠實現小臂的往復運動。步進電機具有運動精度高、性能可靠、操作簡便等優點,故而具有非常廣泛的應用。尤其隨著步進電機的不斷跟新與發展,在售價逐漸下降的情況下，其輸出功率和力矩卻大大增加,這為步進電機的使用情景奠定了堅實的基礎。小臂運動采用步進電機驅動、滾珠絲桿傳動的總體機構方案。設計以大臂實現小臂水平方向運動位移為主要目標，而設計內容主要包括滾珠絲桿及步進電機的選用，同時考慮運動相關精度問題。如圖4-1所示大臂設計結構圖圖4-1所示大臂設計結構圖要保證絲杠的傳動精度，應該采用適當的支承結構并保證安裝方法的正確。絲杠主要承受軸向載荷，由于所受徑向載荷并不是很大，所以在設計中主要考慮絲杠的軸向精度和剛度。絲杠的支承結構有以下幾種：（1）F—0支承結構：一端固定（F），一端自由（0），如圖4-2a所示：F—0結構較為簡單，承載能力不大，并且軸向剛度較低。除此之外，由于壓桿的穩定性不高并且最大轉速較低，在設計中要保證讓絲杠受到拉伸力。這種結構主要應用在短絲杠、垂直絲杠上。（2）F—S支承結構：一端固定（F），一端浮動（S），如圖4-2b所示，F—S結構的軸向剛度和第一種結構相同，但壓桿的穩定性及最大轉速卻大于相同的的F—0結構。F—S結構可以絲杠額的熱膨脹提供空余、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~4-3所示，圖4-3絲杠支撐結構位置圖其左端支撐詳細結構如圖4-4所示。圖4-4支撐詳細結構圖確定滾珠絲杠支承機構確定后，就可以選擇滾珠絲杠所用軸承，表4-1是不同絲杠支承滾動軸承的比較：表4-1絲杠支承滾動軸承特點比較滾動軸承類型軸向剛度軸承安裝預緊調整摩擦力矩60度接觸角推力軸承大簡單不需要小雙向推力角接觸軸承中簡單不需要小圓錐滾子軸承小簡單若內圈之間有隔圈則不需要調整大滾針和推力滾子組合特大簡單不需要特大深溝球軸承大中等麻煩小根據表4-1所示，綜上所述，由于滾珠絲杠為豎直方向工作，為保證軸向剛度并且減小摩擦力矩，選用深溝球軸承較為合適。根據電機額定轉速和垂直方向小臂的最大速度，確定絲杠導程。小臂的受力比較簡單，除了自身的重量以外，能承受100N外力即可，故而初選28BYGH56095型步進電機，其最高轉速為4500rad/min。步進電機、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~第5章焊接機器人手腕的設計手腕是連接手臂和末端執行器的部件，其功能是在手臂和機座實現了末端執行器在作業空間的三個位置坐標（自由度）的基礎上，再由手腕來實現末端執行器在作業空間的三個姿態（方位）坐標，即實現三個旋轉自由度。通過機械接口，聯接并支承末端執行器。手腕能實現繞空間三個坐標軸的轉動，即回轉運動、左右偏擺運動和俯仰運動。當有特殊需要時，還可以實現小距離的橫移運動。手腕的自由度愈多，結構和控制愈復雜。因此，應根據機器人的作業要求來決定其應具有的自由度數目。在多數情況下，手腕具有1-2個自由度即可滿足作業要求。（1）設計要求對工業機器人手腕設計的要求有：1）由于手腕處于手臂末端，為減輕手臂的載荷，應力求手腕部件的結構緊湊，減少其質量和體積。為此腕部機構的驅動裝置多采用分離傳動，將驅動器安置在手臂的后端。2）手腕部件的自由度愈多，各關節角的運動范圍愈大，其動作的靈活性愈高，機器人對作業的適應能力也愈強。但增加手腕自由度，會使手腕結構復雜，運動控制難度加大。因此，在設計時，不應盲目增加手腕的自由度數。通用目的機器人手腕多配置3個自由度，某些動作簡單的專用工業機器人的手腕，根據作業實際需要，可減少其自由度數，甚至可以不設置手腕以簡化結構。3）為提高手腕動作的精確性，應提高傳動的剛度，應盡量減少機械傳動系統中由于間隙產生的反轉回差。如齒輪傳動中的、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~量輕，價格便宜，供貨方便，應用較廣。查手冊高速軸選用深溝球軸承62007（2）軸承的校核計算兩個6012型軸承轉速1460r/min,徑向載荷Fr1=672NFr2=356N軸向載荷Fa=0,工作時無沖擊，溫度低于100℃解：軸承1承受的負載較重，經驗算軸承1的當量載荷為P=xFr+yFa查機械設計手冊6012形軸承Cr=31500NC0r=24200N深溝球軸承X0=Y0=P1=xFr1+yFa1=376N軸承的壽命由公式計算得16667/n(ftC/fpP)3=16667/1460(1x31500/3壽命足夠。（3）按彎扭合成強度校核軸的強度1繪制軸受力簡圖(圖a)2繪制垂直面彎矩圖(圖b)軸承支承反力====+=982+=計算彎矩截面c右側彎矩===截面c左側彎矩===繪制水平彎矩圖(圖c)軸支承反力====1309N截面c處彎矩==1309=繪制合成彎矩圖(圖d)===、8全套圖紙及說明書，英文翻譯可獲取~針對本設計步進電機與滾珠絲杠之間的連接選擇巨德傳動設備制造有限公司