六自由度焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(6自由度工業(yè)機(jī)器人)
六自由度焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(6自由度工業(yè)機(jī)器人),自由度,焊接,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),工業(yè)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 生:
指 導(dǎo) 教 師:
專 業(yè) 班 級(jí):
20 年 月 日
1. 課題名稱:
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2. 課題研究背景:
隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步,機(jī)器人在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,應(yīng)用最廣的要屬工業(yè)機(jī)器人。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中,大部分為焊接機(jī)器人,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有超過(guò)一半應(yīng)用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。
焊接機(jī)器人就是在自動(dòng)焊接生產(chǎn)領(lǐng)域從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人,絕大多數(shù)的焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是在通用的工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上裝上某種焊接工具而構(gòu)成的,視具體焊接方式不同可對(duì)個(gè)別焊接機(jī)器人進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。焊接機(jī)器人發(fā)展歷史悠久,從上世紀(jì)年代工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始實(shí)用化以來(lái),焊接機(jī)器人就立刻被投入到點(diǎn)焊和電弧焊領(lǐng)域中并得到了持續(xù)的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界使用中的焊接機(jī)器人數(shù)量大約占工業(yè)機(jī)器人總數(shù)量的一半,焊接機(jī)器人的研究歷程和應(yīng)用領(lǐng)域幾乎等同于工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史可以說(shuō)是代表著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史。焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用形式之一,主要應(yīng)用于電焊和電弧焊生產(chǎn)線上。經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的應(yīng)用和不斷完善,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)焊接機(jī)器人的研究仍然在向前發(fā)展,并取得了許多成果。目前學(xué)術(shù)界正在不斷完善機(jī)器人共性技術(shù)的研究,主要是針對(duì)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、遙控和監(jiān)視技術(shù)、虛擬機(jī)器人技術(shù)、多智能體調(diào)控技術(shù)等等的研究。未來(lái)焊接機(jī)器人正在向智能化方向、多傳感器信息融合方向、模糊控制方向、群體協(xié)調(diào)和集成控制的方向發(fā)展。焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、工程機(jī)械和機(jī)車車輛等領(lǐng)域,近些年隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,開(kāi)始逐漸應(yīng)用于石油石化、船舶制造、冶金建設(shè)和壓力容器制造等領(lǐng)域。其中對(duì)管道相貫線全位置焊接機(jī)器人研究的力度比較大,其關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括機(jī)械機(jī)構(gòu)研究、自動(dòng)跟蹤技術(shù)研究和計(jì)算機(jī)程控技術(shù)研究。最初焊接機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車、摩托車及工程機(jī)械三個(gè)主要行業(yè)里,而且多數(shù)主要應(yīng)用于汽車及其零部件制造行業(yè)中,在摩托車行業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)中只占少數(shù),其他像電器、自行車、機(jī)車、航空航天等行業(yè)也有一些。焊接機(jī)器人一開(kāi)始應(yīng)用于汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊,后來(lái)隨著焊縫軌跡跟蹤技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)上的推廣應(yīng)用,又承擔(dān)起了汽車零部件和裝配過(guò)程中電弧焊的焊接任務(wù)。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車及其零部件生產(chǎn),但是在其他行業(yè)中用得卻極少?;『笝C(jī)器人的分布比點(diǎn)焊機(jī)器人要廣泛,但主要仍集中于汽車及其零部件生產(chǎn)線中,其余則分布于摩托車及工程機(jī)械制造行業(yè)中。隨著機(jī)器人共性技術(shù)研究的不斷深化,焊接機(jī)器人才開(kāi)始應(yīng)用于造船、鍋爐、重型機(jī)械等焊接領(lǐng)域中。這些焊接任務(wù)中最常見(jiàn)的就是管道插接空間相貫線焊接,與傳統(tǒng)的常規(guī)平面焊接任務(wù)不同,對(duì)焊接機(jī)器人技術(shù)提出了新的要求。
3. 課題研究意義
目前使用的機(jī)器人中,焊接機(jī)器人約占總量的一半W。國(guó)外對(duì)機(jī)器人技術(shù)的壟斷,嚴(yán)重制約著我國(guó)技術(shù)的發(fā)展,要打破壟斷,必須自主研制出適合自身發(fā)展的機(jī)器人,提升自身的科技水平。機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)作為焊接機(jī)器人的基礎(chǔ),其加工制造精度,裝配精度等對(duì)機(jī)器人工作范圍、工作穩(wěn)定性等方面有直接影響。
機(jī)器人燥接可以使焊接過(guò)程更加穩(wěn)定,提高焊縫成型質(zhì)量,改善勞動(dòng)條件,適應(yīng)惡劣環(huán)境,提高生產(chǎn)效率,明確產(chǎn)品周期,有效控制產(chǎn)量,縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期,減小設(shè)備投資等,從而滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化的設(shè)備,是包含了多種高新技術(shù)的產(chǎn)品,其產(chǎn)品的附加值高。機(jī)器人行業(yè)雖然是現(xiàn)代社會(huì)一個(gè)比較新的行業(yè),但是在提高汽車、制造等行業(yè)的自動(dòng)化程度上有不可磨滅的功勞,因此,許多國(guó)內(nèi)外的專業(yè)人士都認(rèn)為它將是一個(gè)大規(guī)模的高新技術(shù)行業(yè)?,F(xiàn)在人民的生活水平日益提高,對(duì)產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高,這樣工業(yè)機(jī)器人就有了應(yīng)用的空間,隨著我國(guó)汽車、制造等行業(yè)大量使用工業(yè)機(jī)器人,我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)的需求量很大,但在實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器人中進(jìn)口占了絕大多數(shù),在目前所使用的工業(yè)機(jī)器人中,國(guó)產(chǎn)僅占20%,其余都是從日本、德國(guó)、瑞典等國(guó)家引進(jìn)的,然而由于國(guó)外的機(jī)器人并不完全適合中國(guó)企業(yè)的要求,有很大一部分都不能正常使用,因此現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展既有機(jī)遇又有挑戰(zhàn)。
以焊接行業(yè)為例,因?yàn)楹附庸ぷ骶哂泄ぷ鲝?qiáng)度高、危險(xiǎn)性大、時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),現(xiàn)在已經(jīng)很少有人愿意從事這一行了,這樣就迫切需要大量的焊接機(jī)器人,目前我國(guó)焊接機(jī)器人較少,遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和,再加上近年來(lái)國(guó)家政策支持發(fā)展國(guó)產(chǎn)機(jī)器人,這一切都說(shuō)明工業(yè)機(jī)器人有很好的發(fā)展前景,研發(fā)高精度的焊接機(jī)器人有助于提高人民的生活質(zhì)量,提高工業(yè)自動(dòng)化程度,促進(jìn)我國(guó)從制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)。
4. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì):
(1)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì):
在 1946 年,美國(guó)發(fā)明家就申請(qǐng)了示教再現(xiàn)控制技術(shù)的專利,這種控制技術(shù)目前仍然應(yīng)用在大多數(shù)的示教工業(yè)機(jī)器人中,它其實(shí)就是人工把機(jī)器人從起始位置到工作目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑運(yùn)行一遍,機(jī)器人自身就記錄下各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角等資料,以實(shí)現(xiàn)以后工作的再現(xiàn)。到 1959 年,第一臺(tái)正式用于工業(yè)的機(jī)器人樣機(jī),在美國(guó)被設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)了。而且僅僅過(guò)了三年,可以用于實(shí)際工作的機(jī)器人“VERSTRAN”就在美國(guó)的AMF公司誕生了,從此就引發(fā)了全世界對(duì)機(jī)器人的研究熱潮。許多國(guó)家開(kāi)始積極出臺(tái)相關(guān)政策,首先作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)源地的美國(guó),繼續(xù)加大投入,鼓勵(lì)機(jī)器人的研究和應(yīng)用;而德國(guó)政府則采用強(qiáng)硬手段支持其國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展,一些工作崗位被強(qiáng)制規(guī)定:必須使用機(jī)器人,這樣一來(lái)就加快了其機(jī)器人的研發(fā)和實(shí)用進(jìn)程;英國(guó)為了彌補(bǔ)一開(kāi)始的失誤,采取加大對(duì)其自身機(jī)器人的財(cái)政補(bǔ)貼、擴(kuò)大對(duì)機(jī)器人的宣傳等政策,使英國(guó)機(jī)器人的發(fā)展穩(wěn)步提高;日本對(duì)機(jī)器人的研發(fā)雖然起步較晚,但其憑借與美國(guó)的良好關(guān)系,從美國(guó)引進(jìn)機(jī)器人的成熟、先進(jìn)技術(shù),再加上政府的大力支持和自身研發(fā)者的刻苦鉆研,使得日本機(jī)器人,在世界機(jī)器人行業(yè)中有著舉足輕重的地位。根據(jù)近期的相關(guān)統(tǒng)計(jì),目前在各種領(lǐng)域工作的機(jī)器人,大概有50%是由日本研發(fā)、制造的。
因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人擁有工作時(shí)間長(zhǎng)、柔性好及適用性強(qiáng)等特點(diǎn),所以它在汽車制造業(yè)、機(jī)械工程、醫(yī)療器械、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用較多,而在這些行業(yè)中,汽車行業(yè)是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最早,也是最多的,其數(shù)量大概占有37%左右。
工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)在國(guó)外的一些國(guó)家已經(jīng)比較成熟,其應(yīng)用范圍也是遍布各行各業(yè)。以日本為例來(lái)說(shuō),當(dāng)初其微電子行業(yè)的發(fā)展,使日本的勞動(dòng)力明顯不足,這樣工業(yè)機(jī)器人在公司受到了“救世主”般的歡迎,使日本的工業(yè)機(jī)器人得到政府和企業(yè)的高度重視,從而促使其快速發(fā)展,現(xiàn)在日本的各個(gè)行業(yè)都有機(jī)器人的身影。目前不管是從機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度來(lái)看,日本都位居世界第一。而其它歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人的發(fā)展,則更是可見(jiàn)一斑。下面用具體的數(shù)字來(lái)直觀地描述國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況,從工業(yè)機(jī)器人的密度(即每萬(wàn)名生產(chǎn)工人占有的機(jī)器人數(shù)量)來(lái)分析,日本和意大利分別達(dá)到 1700 臺(tái)和 1600 臺(tái),聯(lián)邦德國(guó)為 1190 臺(tái),法蘭西共和國(guó)有 1130 臺(tái),葡萄牙有 980 臺(tái),美國(guó)為 780 臺(tái),瑞典有 650 臺(tái),加拿大 620臺(tái),我國(guó)最多擁有 90 臺(tái)(汽車行業(yè))。
到目前為止,許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都有自己知名的代表性機(jī)器人制造商,這些機(jī)器人企業(yè)一般被分為兩種:歐系和日系。在這些工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家中,如發(fā)那科、安川、OTC、三菱、那馳不二越等稱為日系;而另外一些常見(jiàn)的像史陶比爾、杜爾、ADEPT、意大利的 COMAU 公司以及奧地利的重工 GM 等稱為歐系。這些跨國(guó)公司,不僅對(duì)其各自的國(guó)家來(lái)說(shuō)是支柱性企業(yè),而且在國(guó)際上也都比較有影響力,幾乎壟斷了機(jī)器人行業(yè)。
(2) 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
我國(guó)由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,對(duì)機(jī)器人的研究是從上世紀(jì) 70 年代才逐漸開(kāi)始的,而且還僅僅是研究分析機(jī)器人的基礎(chǔ)理論,直到 1986 年,國(guó)家出臺(tái)政策,將機(jī)器人作為高新技術(shù)來(lái)研究,并且陸陸續(xù)續(xù)成立了一些專業(yè)的科研院所和公司,這樣我國(guó)機(jī)器人事業(yè)才得到了較快的發(fā)展。比如說(shuō)首鋼莫托曼,雖然說(shuō)是目前國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)制造公司,但因?yàn)槭侵腥蘸腺Y企業(yè),技術(shù)方面主要依靠從日本引進(jìn),雖然現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)了多個(gè)系列的多種機(jī)器人,占有一定的市場(chǎng)份額,但對(duì)工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化幫助有限。而 2000 年成立的沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司,是完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的,同時(shí)它也是我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)基地,隸屬于中國(guó)科學(xué)院,它成功研制了我國(guó)第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人,從而揭開(kāi)了國(guó)產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用的序幕,并且填補(bǔ)了我國(guó)在這一行業(yè)的空白。現(xiàn)如今,新松機(jī)器人公司生產(chǎn)的機(jī)器人種類多樣,相關(guān)技術(shù)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),其產(chǎn)品應(yīng)用在我國(guó)的很多自動(dòng)化行業(yè)中,打破了國(guó)外的壟斷,為促進(jìn)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化做出了較大貢獻(xiàn)。
隨著從 2008 年開(kāi)始的勞工成本大幅上升,工業(yè)機(jī)器人就逐漸在我國(guó)的制造行業(yè)嶄露頭角,當(dāng)年我國(guó)新增的各種機(jī)器人達(dá) 7500 臺(tái)之多,其數(shù)量是前 24 年銷售總量的三分之一。在不久的未來(lái),機(jī)器人將作為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到廣泛應(yīng)用,并將成為我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用的“生力軍”。
沈陽(yáng)新松公司(SIASUN)在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展機(jī)器人的研巧。其研發(fā)的焊接機(jī)器人在許多廠商中得到應(yīng)用,如點(diǎn)焊機(jī)器人成功應(yīng)用于一汽轎車的小紅旗、世紀(jì)星兩種車型的車身姐焊;為大連華克-吉萊特汽車公司組建弧焊機(jī)器人工作站等。奇瑞汽車有限股份公司主要產(chǎn)品有弧焊、點(diǎn)焊等多種機(jī)器人產(chǎn)品系列,但僅用于奇瑞汽車生產(chǎn)線上,適應(yīng)范圍較窄,并且未能完全實(shí)現(xiàn)自主研制,其核必部件依然受國(guó)外的限制,如奇瑞UUQH-165中的電阻焊接控制器采用日本NADEX的PH5-7003電阻焊接控制器,焊巧采用曰本小原的一體化氣動(dòng)焊領(lǐng)。雖然我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)方面取得一定的進(jìn)步,但是受國(guó)外技術(shù)壟斷,國(guó)內(nèi)工業(yè)水平較落后等因素的影響,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人占用比還是較低。另外我國(guó)研制的焊接機(jī)器人在可靠性、定位精度、使用壽命等方面與國(guó)外產(chǎn)品相比依然有較大差阻町因此市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱,產(chǎn)品難以打入國(guó)際市場(chǎng)。
隨著現(xiàn)代加工技術(shù)要求的提升,為了適應(yīng)發(fā)展要求,焊接機(jī)器人技術(shù)的研究也在不斷的深入,智能化、模塊化、物聯(lián)網(wǎng)化的概念將成為發(fā)展的主流,焊接機(jī)器人發(fā)展方向主要分為智能傳感技術(shù)、多機(jī)器人協(xié)作焊接、嵌入式控制技術(shù)及開(kāi)放式機(jī)器人控制系統(tǒng)。
智能傳感技術(shù)。焊接機(jī)器人的控制是一個(gè)多變量的控制過(guò)程,控制量的控制結(jié)果則是通過(guò)傳感器反饋回來(lái),傳統(tǒng)的傳感器采集的是位置、速度、加速度等這些直接控制量,而新型傳感器則具備自動(dòng)識(shí)別和調(diào)節(jié)功能,再結(jié)合相關(guān)算法能讓焊接機(jī)器人的控制更具智能化,比如說(shuō)焊縫的自動(dòng)識(shí)別與跟蹤、焊接質(zhì)量的自動(dòng)檢測(cè)、加工工件自動(dòng)定位等。
多機(jī)器人協(xié)作焊接。單機(jī)器人焊接作業(yè)雖然能夠完成部分的任務(wù),但是在實(shí)際生產(chǎn)中隨著被加工對(duì)象的復(fù)雜性和柔性生產(chǎn)線的自動(dòng)化要求的不斷提升,單機(jī)器人的焊接系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足要求,只有借助多機(jī)器人協(xié)同焊接才能從根本上解決問(wèn)題,而多機(jī)器人焊接的協(xié)調(diào)控制也帶來(lái)了許多全新的難點(diǎn),但并不阻礙它成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。
嵌入式控制技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近幾年一直不斷的受到熱捧,而物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)要靠嵌入式系統(tǒng)來(lái)得以體現(xiàn),將嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用在焊接機(jī)器人控制中是一個(gè)全新的突破點(diǎn),嵌入式控制系統(tǒng)相比基于微處理器的控制具有很高的實(shí)時(shí)性和網(wǎng)絡(luò)通訊能力,可以有效保證焊接過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。
開(kāi)放式焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)。隨著機(jī)器人技術(shù)研究的專業(yè)化程度不斷深入,焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的開(kāi)放性以及模塊化已經(jīng)不可阻擋,控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性已成為發(fā)展趨勢(shì),各研究機(jī)構(gòu)與大型組織已經(jīng)進(jìn)行一些探索,如今基于PC的開(kāi)放式控制系統(tǒng)儼然成為了熱捧的研究方向。
5. 設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容
(1)設(shè)計(jì)思路概述
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路大體分為兩個(gè)階段:
(1)系統(tǒng)分析階段
① 根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo),明確所采用的機(jī)器人的目的和任務(wù);
② 分析機(jī)器人系統(tǒng)所在的工作環(huán)境;
③ 根據(jù)機(jī)器人的工作要求,確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度,信息的儲(chǔ)存量,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。
(2)技術(shù)設(shè)計(jì)階段
① 根據(jù)系統(tǒng)的要求確定機(jī)器人的自由度和和允許的空間工作范圍,選自機(jī)器任的坐標(biāo)形式;
② 擬定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路線和空間作業(yè)圖;
③ 確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型;
④ 選擇各部件的具體結(jié)構(gòu),進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì);
⑤ 繪制機(jī)器人的零件圖,并確定尺寸。
(2)焊接機(jī)器人總體機(jī)構(gòu)
總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),焊接機(jī)器人是由底座,腰部,大臂,小臂,手腕,工作部分組成,
機(jī)器人活動(dòng)范圍:
(3)手臂設(shè)計(jì)
手臂控制機(jī)器人末端焊槍的位姿,想要達(dá)到任意位姿,需要3 個(gè)自由度,手臂構(gòu)型常見(jiàn)位姿有四種,1、直角坐標(biāo)系型;2圓柱 坐標(biāo)系型;3、球坐標(biāo)系型;4、關(guān)節(jié)型;
1. 直角坐標(biāo)系型:
這種形式的手臂是通過(guò)控制三個(gè)互相垂直方向 的位移,從而確定了機(jī)器人焊槍的空間位置, 由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié),故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高,因?yàn)槿齻€(gè)關(guān)節(jié)沒(méi)有耦合運(yùn)動(dòng), 所以控制起來(lái)也較為簡(jiǎn)單,但其不足之處也是 顯而易見(jiàn)的,比如說(shuō),其運(yùn)動(dòng)需要導(dǎo)軌,這使 其整體尺寸變大,并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小
2. 圓柱坐標(biāo)系型:
人焊槍的空間位置, 由于三個(gè)關(guān)節(jié)都是移動(dòng)關(guān)節(jié),故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高,因?yàn)槿齻€(gè)關(guān)節(jié)沒(méi)有耦合運(yùn)動(dòng), 所以控制起來(lái)也較為簡(jiǎn)單,但其不足之處也是 顯而易見(jiàn)的,比如說(shuō),其運(yùn)動(dòng)需要導(dǎo)軌,這使 其整體尺寸變大,并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小,工作速度也較慢 圓柱坐標(biāo)式的手臂,是運(yùn)用關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)形式和 移動(dòng)形式的組合運(yùn)動(dòng)來(lái)確定腕部 在工作空間的位置,這種構(gòu)型工作速度較快, 結(jié)構(gòu)尺寸好計(jì)算,但是操作起來(lái)有些 不太靈活,工作過(guò)程中容易和其他物體發(fā)生碰 撞,因此一般應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人 。
3.球坐標(biāo)系型:
球坐標(biāo)式手臂是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān) 節(jié)組成,這種構(gòu)型的設(shè)計(jì)方案使其結(jié)構(gòu)緊湊, 自身所占空間減小,然而移動(dòng)關(guān)節(jié)需要導(dǎo)軌結(jié) 構(gòu),使整體機(jī)構(gòu)靈活性變差,目前應(yīng)用不多 。
4. 關(guān)節(jié)型:
關(guān)節(jié)式手臂是由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)末端的 位姿調(diào)整,這種構(gòu)型方案是運(yùn)用仿生學(xué)理論 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,其靈感來(lái)自于人或類人的手 臂結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)型的手臂相對(duì)其它構(gòu)型的手臂 來(lái)說(shuō),其對(duì)于確定工作空間內(nèi)的任意位姿是 最快的,并且在工作時(shí)手臂幾乎不存在任何 干涉;其結(jié)構(gòu)緊湊,操作靈活,工作空間與 自身結(jié)構(gòu)體積的比值是最大的;雖然控制較為復(fù)雜,但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和控制算法的完善,目前已經(jīng)比較成熟了。
(4) 手腕設(shè)計(jì)
手腕可以確定焊槍空間的姿態(tài),在參考人體手腕的基礎(chǔ)上,確定機(jī) 器人腕有三個(gè)自由度,俯仰形式關(guān)節(jié)為B,旋轉(zhuǎn)形式關(guān)節(jié)為R,則 現(xiàn)存的手腕結(jié)構(gòu)有BBR、BRR、RBR、RRR。
1. BBR型手腕減少了手腕縱向尺寸,減小了工 作空間,不夠靈活。一般來(lái)說(shuō),旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)與平移關(guān)節(jié)相比,具有工作空間大、 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕以及靈活性好等特點(diǎn), 也更容易做密封防塵。
2. RRR手腕構(gòu)型的工作空間較大,但其結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜,對(duì)焊接工作的精度有較大影響,且 當(dāng)其完全伸展時(shí),三根關(guān)節(jié)軸處于同一平 面內(nèi),同時(shí)有兩根旋轉(zhuǎn)軸重合,這樣將導(dǎo) 致機(jī)器人手腕喪失一個(gè)自由度,從而使手 腕不能到達(dá)任意位置姿態(tài),不滿足本設(shè)計(jì) 要求。
3. RBR構(gòu)型的手腕不僅很容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳 動(dòng)和控制,而且其手腕三根關(guān)節(jié)軸相交于 一點(diǎn),運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題有封閉解,控制算法 簡(jiǎn)單,其結(jié)構(gòu)緊湊,在同樣條件下其末端 運(yùn)動(dòng)件更加輕型化,并且RBR完全展開(kāi)時(shí)更 適合微調(diào)操作 。
(5) RV減速器
(6)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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。
1. 液壓驅(qū)動(dòng):是指動(dòng)源(發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī))驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生壓力油,壓力油再去驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá),由液壓馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)器需要的動(dòng)力。
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)。隨著材料性能的提高,電動(dòng)機(jī)性能也在隨之提高并且電動(dòng)機(jī)使用簡(jiǎn)單,所以就目前來(lái)看,機(jī)器人驅(qū)動(dòng)正逐步為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式所代替。
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)。功率/質(zhì)量比大,體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,密封問(wèn)題較大
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)。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
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
6. 文獻(xiàn)查閱概況
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7.設(shè)計(jì)(論文)提交形式
畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
外文翻譯資料
8.進(jìn)度安排
第四周: 相關(guān)資料的搜集,英語(yǔ)文獻(xiàn)的翻譯及編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第五周: 相關(guān)資料的搜集,英語(yǔ)文獻(xiàn)的翻譯及編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第六周: 電動(dòng)機(jī)的選型,底座設(shè)計(jì)。
第七周: VR減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第八周: 大臂,小臂,手腕的計(jì)算。
第九周: 其余部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第十周: 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
第十一周:總體布局。
第十二周:焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。
第十三周:焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。
第十四周:焊接機(jī)器人控制部分設(shè)計(jì)及電氣原理圖繪制。
第十五周:編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū),形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件,準(zhǔn)備答辯。
第十六周:畢業(yè)答辯。
9. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)
簽名:
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