焊接機器人設(shè)計說明書

1、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。國內(nèi)焊接機器人應(yīng)用雖已具有一定規(guī)模，但與我國焊接生產(chǎn)總體需求相差甚遠。因此，大力研究并推廣焊接機器人技術(shù)勢在必行。本設(shè)計的重點是運用機械原理和機械制造裝備設(shè)計方法設(shè)計焊接機器人的實踐和方法。本次設(shè)計，是在了解焊接機器人在國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進而掌握焊接機器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對和腕部進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。合理布置了液壓缸。同時了解機器人機械系統(tǒng)運動學(xué)及運動控制學(xué)。為工業(yè)上焊接機器人的設(shè)計提供理論參考、設(shè)計參考和數(shù)據(jù)參考，為工業(yè)設(shè)計者提供設(shè)計的參考。該機器人具有剛性好，位置

2、精度高、運行平穩(wěn)的特點。設(shè)計實踐關(guān)鍵字：焊接機器人系統(tǒng)機械機構(gòu)設(shè)計AbstractWith the development of technology and the increasewelding in industrial production occupied more and more welding technology directly affects the degree of thein industrial demand,weight, and excellent quality of parts orproducts.Although the domestic applic

3、ation of welding robot wicertain scale, butfalls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative.The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machineryand equipment design and methods of pr

4、actice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the sus quo at home and abroad, andthen grasp the welding robot and working principle of theernal structure, andstructural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time un

5、derstand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide atheoretical reference, reference and data reference design for industrial designers anddesign practice, design theory reference.The robolocation, stable characteristics.s

6、a good rigidity, high preciKeyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design目錄摘要IAbstractII第 1 章 引言1第 2 章 焊接機器人的總體方案32.12.22.32.4總體設(shè)計的思路3度和坐標(biāo)系的選擇3傳動方案論證4焊接機器人的組成6執(zhí)行機構(gòu)6控制系統(tǒng)分類8焊接機器人的技術(shù)參數(shù)8本章小結(jié)82.52.6第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算9腕部設(shè)計的基本要求9腕部結(jié)構(gòu)及選擇9典型的腕部結(jié)構(gòu)9腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)的選擇93.3腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計計算103.3.13.3.2腕部驅(qū)動力計算1

7、0腕部驅(qū)動缸的計算103.43.53.6第 4 章4.14.2缸蓋螺釘?shù)挠嬎?1動片和輸出軸間的連接螺釘12本章小結(jié)12結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算13設(shè)計的基本要求13的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇144.2.14.2.2的典型運構(gòu)14運構(gòu)的選擇144.3直線運動的驅(qū)動力計算154.3.14.3.24.3.3摩擦力的分析與計算15慣性力的計算16密封裝置的摩擦阻力164.4缸工作壓力和結(jié)構(gòu)的確定164.5 活塞桿的計算校核174.6 本章小結(jié)18第 5 章 機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算19機身的整體設(shè)計19機身回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計計算205.3機身升降機構(gòu)的計算215.3.15.3.25.3.3偏重力矩的計算21升降不自鎖

8、條件分析計算22做升降運動的缸驅(qū)動力的計算225.45.5軸承的選擇分析23本章小結(jié)23總結(jié)24致謝25參考文獻26第 1 章 引言焊接機器人是從事焊接（包括切割與噴涂）的工業(yè)機器人。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)機器人術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的定義，工業(yè)機器人是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作機（Manipulator），具有三個或可編程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。為了適應(yīng)不同的用途，機器人最后一個軸的機械接口，通常是一個連接法蘭，可接裝不同工具或稱末端執(zhí)行器。焊接機器人就是在工業(yè)機器人的末軸法蘭裝接焊鉗或焊（割）槍的，使之能進行焊接，切割或熱噴涂。焊接機器人主要包括機器人和焊接設(shè)備兩部分。從機器人誕

9、生到本世紀(jì) 80 年代初，機器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。到了 90 年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機器人的制造成本和價格卻不斷下降。在西方社會，和機器人價格相反的是，人的勞動力成本有不斷增長的趨勢。在西方國家，由于勞動力成本的提高為企業(yè)帶來了不小的壓力，而機器人價格指數(shù)的降低又恰巧為其進一步推廣應(yīng)用帶來了契機。減少員工與增加機器人的設(shè)備投資，在兩者費用達到某一平衡點的時候，采用機器人的利顯然要比采用人工所帶來的利大，它一方面可大大提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平，從而提高勞動生

10、產(chǎn)率，同時又可企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的整體競爭力。雖然機器人投資比較大，但它的日常和消耗相對于它的產(chǎn)出遠比完成同樣任務(wù)所消耗的人工費用小。因此，從長遠看，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本還會大大降低。而機器人價格的降低使一些中小企業(yè)投資機器人變得輕而易舉。因此，工業(yè)機器人的應(yīng)用在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的工業(yè)機器人中大約有半的工業(yè)機器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。 焊接機器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率等特點，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、通用機械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。我國自上個世紀(jì) 70 年代末開始進行工業(yè)機器人的，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長

11、足的發(fā)展，對國民經(jīng)濟尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。從目前國內(nèi)外現(xiàn)狀來看，焊接機器人技術(shù)的十分活躍，焊接機器人技術(shù)主要集中在焊縫技術(shù)、離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)、多機器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)、弧焊電源技術(shù)、焊接機器人系統(tǒng)仿真技術(shù)、機器人用焊接工藝方法、焊接技術(shù)等七個方面。成立后，經(jīng)過 50 年的艱苦努力，中國焊接生產(chǎn)機械化自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用，取得了很大的成就，焊接生產(chǎn)過程機械化與自動化程度已達到 20%。在以焊接技術(shù)為主導(dǎo)制造工藝技術(shù)的大中型骨干企業(yè)，焊接生產(chǎn)過程綜合機械化與自動化程度已達到 40%45%。在機床、鍋爐、汽車、化工機械、工程機械和重型機械等國家重點骨干企業(yè)，通過引進國外先進技術(shù)及相

12、應(yīng)配套的自動化焊機、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)機械化與自動化技術(shù)達到了國際 90 年代初的先進水平，進入世界先進之列。第 2 章 焊接機器人的總體方案該設(shè)計的目的是為了設(shè)計一臺焊接機器人，本章主要對焊接機器人的機械結(jié)構(gòu)部分進行設(shè)計和分析。2.1 總體設(shè)計的思路設(shè)計機器體上可分為兩個階段：(1) 系統(tǒng)分析階段1）根據(jù)系統(tǒng)的所采用機器人的目的和任務(wù)；2）分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境；3) 根據(jù)機器人的工作要求，確定機器人的基本功能和方案。如機器人的自由度、信息的量、計算機功能、動作精度的要求、容許的運動范圍、以及對溫度、等環(huán)境的適應(yīng)性。(2) 技術(shù)設(shè)計階段1）根據(jù)系統(tǒng)的要求

13、確定機器人的人的坐標(biāo)形式；度和允許的空間工作范圍，選擇機器擬訂機器人的運動路線和空間作業(yè)圖；確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型；選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進行機器人總裝圖的設(shè)計；繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。2.2度和坐標(biāo)系的選擇機器人的運動度是指各運動部件在三相當(dāng)于固定坐標(biāo)系所具有的獨立運動數(shù)，對于一個構(gòu)件來說，它有幾個運動坐標(biāo)就稱其有幾個度。各運動部件度的總和為機器人的度數(shù)。機器人部要像人手一樣完成各的，因為人指、掌、腕、臂由19個關(guān)節(jié)組成，共有27個自種動作是比較由度。而生產(chǎn)實踐中不需要機器人手部）。本次設(shè)計的焊接機器人為4有這么多的度一般為3-6個（不包括度即：腕部回轉(zhuǎn)；小伸縮；大回轉(zhuǎn)；大伸縮。工業(yè)機器

14、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。各結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)的特點，分別介紹如下:(1) 直角坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)直角坐標(biāo)機器人的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1(a)所示。由于直線運動易于實現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，所以，直角坐標(biāo)機器人有可能達到很高的位置精度（m 級）。但是，這種直角坐標(biāo)機器人的運動空間相對機器人的結(jié)構(gòu)尺寸來講，是比較小的。因此，為了實現(xiàn)一定的運動空間，直角坐標(biāo)機器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。直角坐標(biāo)機器人的工作空間為一空間長方體。直角坐標(biāo)機器人主要用于裝配作業(yè)及搬業(yè)，直角坐標(biāo)機器人有懸臂式，龍門式，天車式三種

15、結(jié)構(gòu)錯誤!未找到源。(2) 圓柱坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)圓柱坐標(biāo)機器人的空間運動是用一個回轉(zhuǎn)運動及兩個直線運動來實現(xiàn)的，如圖 2-1（b）。這種機器人構(gòu)造比較簡單，精度還可以，常用于搬空間是一個圓柱狀的空間。(3) 球坐標(biāo)機器人結(jié)構(gòu)球坐標(biāo)機器人的空間運動是由兩個回轉(zhuǎn)運動和一個直線運動來實現(xiàn)的，如圖2-1（c）。這種機器人結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但精度不很高。主要應(yīng)用于搬業(yè)。其工作業(yè)。其工作空間是一個類球形的空間錯誤!未找到(4) 關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)源。關(guān)節(jié)型機器人的空間運動是由三個回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)的，如圖 2-1（d）。關(guān)節(jié)型機器人動作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。相對機器人本體尺寸，其工作空間比較大。此種機器人在

16、工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業(yè)，都廣泛采用這種類型的機器人。關(guān)節(jié)型機器人結(jié)構(gòu)，有水平關(guān)節(jié)型和垂直關(guān)節(jié)型兩種。根據(jù)要求及在實際生產(chǎn)中的用途，本次設(shè)計的焊接機器人采用直角坐標(biāo)。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)型圖 2-1 四種機器人坐標(biāo)形式2.3 傳動方案論證焊接機器人的驅(qū)動方式有式、氣動式和電式。(1)去驅(qū)動(2)驅(qū)動:是指動源（發(fā)或電機）驅(qū)動油泵產(chǎn)生壓力油，壓力油再馬達，由馬達產(chǎn)生機器需要的動力。氣動驅(qū)動多用于開關(guān)控制和順序控制的機器人，與驅(qū)動相比較，氣動驅(qū)動由于壓縮空氣粘度小，所以容易達到高速；由于可利用工廠集中空氣壓縮供氣，減少了動力設(shè)備；空氣介質(zhì)不污染

17、環(huán)境，安全高溫下可正常工作；空氣取之不竭用之不盡，相對于油液廉價，故氣動驅(qū)動元件比元件價格低(3) 電機驅(qū)動可分為普通交流電驅(qū)動。隨著材料性能的提高，電驅(qū)動，交、直流伺服電驅(qū)動和步進電性能也在隨之提高并且電使用簡單，所以就目前來看，機器人驅(qū)動正逐步為電驅(qū)動式所代替。表 2-1 三種驅(qū)動系統(tǒng)的比較驅(qū)動方式內(nèi)容驅(qū)動氣動驅(qū)動電機驅(qū)動壓力高，可獲得大的輸出力壓力相對要小，輸出力小輸出力輸出力較大控制精度高，功率較大，能精 確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(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)雜利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度

18、低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制性能響應(yīng)速度很高較高很高伺服電易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小電 置 DD 電一般需配裝置，除外，難結(jié)構(gòu)性能及體積以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)，直流有刷電換向時有火花，對環(huán)境防爆性能較差防爆性能好，用油作為傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)防爆性能好，高于 1000kPa（十個大氣壓）時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性安全性對排氣時

19、有噪聲無系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染續(xù)表 2-1驅(qū)動方式內(nèi)容驅(qū)動氣動驅(qū)動電機驅(qū)動適用于中小負適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機械手、電焊機械手和托運機械手載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機械手適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機械手在工業(yè)機械手中的應(yīng)用范圍成本元件成本較高成本低成本高方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求維修及使用方便較復(fù)雜2.4 焊接機器人的組成焊接機器人由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)構(gòu)和控制機構(gòu)三部分組成。2.4.1 執(zhí)行機構(gòu)（1）手部手部既直接與工件接觸的部分，一般是回或平動型（多為回，因其結(jié)構(gòu)簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式

20、和內(nèi)抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（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。本設(shè)計為焊接機器人設(shè)計，因此手部并無其他結(jié)構(gòu)，僅僅是一個焊槍，通過螺栓固定于腕部之上。（2）腕部腕部是連接手部和的部件，并可用來調(diào)節(jié)焊槍的方位，以擴大焊槍的工作范圍，并使手部變的更靈巧，適應(yīng)性更強。手腕有獨立的度。有回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的機械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用運動驅(qū)動手部搬運工件。目前，應(yīng)用最為廣泛腕回轉(zhuǎn)運構(gòu)為回轉(zhuǎn)缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴(yán)格密封，

21、否則就難保證穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計的焊接機器人的腕部是利用缸實現(xiàn)手部的旋轉(zhuǎn)運動。設(shè)計的焊接機器人的腕部的運動為一個度的回轉(zhuǎn)運動，運動參數(shù)是實現(xiàn)手部回轉(zhuǎn)的角度控制在遠距離。伸縮式機身結(jié)構(gòu)的驅(qū)動可采用缸直接驅(qū)身部分和滑軌的配置缸。型式采用立柱式單臂配置，其回轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動源來自回轉(zhuǎn)（5）滑軌滑軌是懸臂機器人的基礎(chǔ)部分，起懸掛作用，它將機身懸掛于導(dǎo)軌之上。并帶動機身沿軌道直線運動。2.4.2 控制系統(tǒng)分類在機械手的控制上，有點動控制和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁

22、帶、穿孔卡等程序。主要控制的是坐標(biāo)位置，并注意其采用電磁控制。度特性。本設(shè)計2.5 焊接機器人的技術(shù)參數(shù)一、用途：用于焊接工件二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):1、焊槍:；2、度數(shù):4個度（腕部回轉(zhuǎn)；小伸縮；大回轉(zhuǎn)；大伸縮4個運動）；3、坐標(biāo)型式:直角坐標(biāo)系；4、最大工作半徑:4730mm；5、6、最低中心高:4040mm；運動參數(shù):伸縮行程：1850mm伸縮速度：1200mm/s1400mm/s升降行程：3650mm升降速度：1200mm/s1400mm/s回轉(zhuǎn)范圍：第 3 章 腕部結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算3.1 腕部設(shè)計的基本要求(1) 力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕腕部處于的最前端，它連同手部的靜、動載荷均由承擔(dān)。顯然，

23、腕部的結(jié)構(gòu)、重量和動力載荷，直接影響著的結(jié)構(gòu)、重量和運轉(zhuǎn)性能。因此，在腕部設(shè)計時，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。結(jié)構(gòu)考慮，合理布局腕部作為焊接機器人的執(zhí)行機構(gòu)，又承擔(dān)連接和支撐焊槍的作用，除保證力和運動的要求外，要有足夠的強度、剛度外，還應(yīng)綜合考慮，合理布局，解決好腕部與 和手部的連接。必須考慮工作條件對于本次設(shè)計，焊接機器人的工作條件是在工作場合中焊接工件，最大載荷為 8KG，因此不太受，沒有處在高溫和腐蝕性的工作介質(zhì)中，所以對焊接機器人的腕部沒有太多不利。3.2 腕部結(jié)構(gòu)及選擇3.2.1 典型的腕部結(jié)構(gòu)(1) 具有一個度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)它具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活等優(yōu)點而被廣腕部回轉(zhuǎn)，總力矩 M，

24、需要克服以下幾種阻力：克服啟動慣性所用?；剞D(zhuǎn)角由動片和靜片之間允許回轉(zhuǎn)的角度來決定（一般小于 270）。(2) 齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)在要求回轉(zhuǎn)角大于 270的情況下，可采用齒條活塞驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)外形尺寸較大。(3)的兩個(4)具有兩個度。度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動的腕部結(jié)構(gòu)它使腕部具有水平和垂直轉(zhuǎn)動機-液結(jié)合的腕部結(jié)構(gòu)。3.2.2 腕部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)的選擇本設(shè)計要求手腕回轉(zhuǎn)，綜合以上的分析考慮到各種，腕部結(jié)構(gòu)選擇具有一個度的回轉(zhuǎn)驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu)，采用驅(qū)動。3.3 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計計算腕部設(shè)計考慮的參數(shù)：最大載荷：8KG；回轉(zhuǎn)。3.3.1 腕部驅(qū)動力計算圖 3-1 腕部支撐反力計算示意圖腕部回轉(zhuǎn)時要克服的

25、阻力：F=FR1+FR2a. 腕部回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩：Ma=0.5設(shè)定腕部的部分尺寸：根據(jù)表 3-1 設(shè)缸體內(nèi)徑 R=40mm，外徑根據(jù)表 3-2 選擇 60mm，這個是缸壁最小厚度，考慮到實際裝配問題后，其外徑為 90mm；動片寬度 b=66mm,輸出軸 r=22.5mm.基本尺寸示如圖 3-2 所示。則回轉(zhuǎn)缸工作壓力：缸蓋螺釘?shù)挠嬎?，如圖 4-3 所示，t 為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強有關(guān)，見表 4-3，在這種聯(lián)接中，每個螺釘在剖面上承受的拉力:第 4 章結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算部件是機械手的主要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工件運動應(yīng)該包括 3 個運動：伸縮、回轉(zhuǎn)和的回轉(zhuǎn)和升降運動設(shè)

26、置在機身處，將在下或工具），并帶動它們作空間運動。升降。本章敘述一章祥述。的伸縮運動，運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿度加以實現(xiàn)。因此，一般來說應(yīng)該具備 3 個自態(tài)（方位），則用腕部的由度才能滿足基本要求，既伸縮、左右回轉(zhuǎn)、和升降運動。的各種運動通常用驅(qū)構(gòu)和各種傳構(gòu)來實現(xiàn)，從的受力情況分析，它在工作中即直接承受腕部、手部、和工件的靜、動載荷，而且自身運動較多。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性等直接影響到機械手的工作性能。4.1設(shè)計的基本要求設(shè)計首先要實現(xiàn)所要求的運動，為此，需要滿足下列各項基本要求：一、對于機械應(yīng)承載能力大、剛度好、自重輕部或機身的承載能力，通常取

27、決于其剛度。以為例，一般結(jié)構(gòu)上較多采用懸臂梁形式（水平或垂直懸伸）。顯然伸縮臂桿的懸伸長度愈大，則剛度愈差。而且其剛度隨著臂桿的伸縮不斷變化。對機械手的運動性能、位置精度和負荷能力影響很大。為提高剛度，除盡可能縮短臂桿的懸伸長度外，注意以下幾方面：(1)(2)(3)(4)(5)根據(jù)受力情況，合理選擇截面形狀和輪廓尺寸；提高支撐剛度和合理選擇支撐點的距離；合理布置作用力的位置和方向；注意簡化結(jié)構(gòu)；提高配合精度。二、運動速度要高，慣性要小機械手手部的運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，它反映機械手的生產(chǎn)水 平。對于高速度運動的機械手，其最大移動速度設(shè)計在最大回轉(zhuǎn)角速度設(shè)計在內(nèi)，大部分平均移動速度為，平

28、均回轉(zhuǎn)角速度在。在速度和回轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，減小自身重量是減小慣性的最有效，最直接的辦法，因此，機械部要盡可能的輕。減少慣量具體有 4 個途徑錯誤!未找到源。：(1)(2)(3)減少減少運動件的重量，采用鋁合金材料；運動件的輪廓尺寸；減少回轉(zhuǎn)半徑 ，再安排機械手動作順序時，先縮后回轉(zhuǎn)（或先回轉(zhuǎn)后伸縮），盡可能在較小的前伸位置下進行回轉(zhuǎn)動作；(4) 在驅(qū)動系統(tǒng)中設(shè)緩沖裝置。三、為減少動作應(yīng)該靈活運動之間的摩擦阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦。對于懸臂式的機械手，其傳動件、導(dǎo)向件和定位件布置合理，使運動盡可能平衡，以減少對升降支撐軸線的偏心力矩，特別要防止發(fā)生機構(gòu)卡死（自鎖現(xiàn)象）。為此，必須

29、計算使之滿足不自鎖的條件錯誤!未找到四、位置精度要求高一般來說，直角和圓柱坐標(biāo)式機械手位置精度要求較高；關(guān)節(jié)式機械手的位源。置精度最難控制，故精度差；在上加設(shè)定位裝置和檢測結(jié)構(gòu)，能較好地控制位置精度，檢測裝置最好裝在最后的運動環(huán)節(jié)以減少或消除傳動、嚙合件間的間隙?？偨Y(jié)：除此之外，要求機械手的通用性要好，能適合多種作業(yè)的要求；工藝性好，便于加工和安裝；用于熱加工的機械手，還要考慮隔熱、冷卻；用于作業(yè)區(qū)粉塵大的機械手還要設(shè)置防塵裝置等。以上要求是相互制約的，應(yīng)該綜合考慮這些問題，美的、性能良好的機械手。，才能設(shè)計出完4.2的典型機構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的選擇4.2.1的典型運構(gòu)常見臂伸縮機構(gòu)有以下幾種：(1)

30、 雙導(dǎo)桿伸縮機構(gòu)；(2)的典型運動形式有：直線運動，如的伸縮，升降和橫向移動；回轉(zhuǎn)運動，如的左右擺動，上下擺動；符合運動，如直線運動和回轉(zhuǎn)運動組合，兩直線運動的雙層缸空心結(jié)構(gòu)；(1)雙活塞桿缸結(jié)構(gòu)；(2)活塞桿和齒輪齒條機構(gòu)。4.2.2運構(gòu)的選擇通過以上，綜合考慮，本次設(shè)計選擇缸伸縮機構(gòu)，使用驅(qū)動,水平伸縮缸選用伸縮式缸；豎直伸縮缸選作用活塞缸。4.3直線運動的驅(qū)動力計算首先進行粗略的估算，或類比同類結(jié)構(gòu)，根據(jù)運動參數(shù)初步確定有關(guān)機構(gòu)的主要尺寸，再進行校核計算，修正設(shè)計。如此反復(fù)，繪出最終的結(jié)構(gòu)圖。作水平伸縮直線運動的缸的驅(qū)動力，應(yīng)根據(jù)缸運動時所要克服的摩擦力和慣性力等幾個方面的阻力進行確定。

31、缸活塞的驅(qū)動力的計算公式可表示為：F=(A1p1-A2p2)m(4-1)4.3.1摩擦力的分析與計算摩擦力的計算不同的配置和不同的導(dǎo)向截面形狀，其摩擦阻力是不同的，要根據(jù)具體情況進行估算。圖 4-1 機械部受力示意圖計算如下：-當(dāng)量摩擦系數(shù)，其值與導(dǎo)向支撐的截面有關(guān)；對于圓柱面：-摩擦系數(shù)，對于靜摩擦且無潤滑時：鋼對青銅：取 =0.10.15鋼對鑄鐵：取 =0.180.3選?。?，G=500N，L=1.49-0.028=1.21m,圖 4-2 雙作用缸示意圖當(dāng)油進入無桿腔：F1=(A1p1-A2p2)m（4-4）當(dāng)油進入有桿腔中：F2=(A2p1-A1p2)m其中：m 為機械效率。缸的有效面積：

32、A(4-5)A1=D2/4故有：（無桿腔）(4-6)源。(4-7)A2= D2/4-d2/4（有桿腔）錯誤!未找到F=6210N，選擇機械效率。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入： = F/A 結(jié)論：活塞桿滿足強度要求。二、活塞桿剛度校核圖 4-3 剛度校核示意圖缸的最小直徑進行校核,為便于計算把伸出的現(xiàn)按照伸出一懸臂梁。缸簡化成取:載荷 F=400N,懸臂 L=1730mm。梁轉(zhuǎn)角： =第 5 章 機身結(jié)構(gòu)的設(shè)計及計算機身是直接支撐和驅(qū)動的部件。一般實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)和升降運動，這些運動的傳構(gòu)都安在機身上，或者直接機身的軀干與底座相連。因此，臂部的運動越多，機身的機構(gòu)和受力情況就越復(fù)雜。機身是可以固定的，也可以是行走的

33、，既可以沿地面或軌道運動。5.1 機身的整體設(shè)計1800 的回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)按照設(shè)計要求，機械手要實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)一般設(shè)計在機身處。為了設(shè)計出合理的運構(gòu)，就要綜合考慮分析。機身承載著身結(jié)構(gòu)有以下幾種：，做回轉(zhuǎn)，升降運動，是機械手的重要組成部分。常用的機回轉(zhuǎn)缸置于升降之下的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點是能承受較大偏重力矩。其缺點是回轉(zhuǎn)運動傳動路線長，花鍵軸的變形對回轉(zhuǎn)精度的影響較大?；剞D(zhuǎn)缸置于升降之上的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用單缸活塞桿，內(nèi)部導(dǎo)向，結(jié)構(gòu)緊湊。但回轉(zhuǎn)缸與一起升降，運動部件較大。(3) 活塞缸和齒條齒輪機構(gòu)。的回轉(zhuǎn)運動是通過齒條齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)：齒條的往復(fù)運動帶動與連接的齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，從而使左右擺動

34、。分析：經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計選用回轉(zhuǎn)缸置于伸縮缸之上的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計機身包括兩個運身的回轉(zhuǎn)和伸縮?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)置于升降缸之上的機身結(jié)構(gòu)。手件與回轉(zhuǎn)缸的上端蓋連接，回轉(zhuǎn)缸的動片與缸體連接，由缸體帶動運動?；剞D(zhuǎn)缸的轉(zhuǎn)軸與伸縮缸的活塞桿是一體的。具體結(jié)構(gòu)見圖 5-1。驅(qū)回轉(zhuǎn)構(gòu)是驅(qū)動，回轉(zhuǎn)缸通過兩個油孔，一個進油孔，一個排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機械擋塊來決定，對于本設(shè)計就是考慮兩個葉片之間可以轉(zhuǎn)動的角度，為滿足設(shè)計要求，設(shè)計中動片和靜片之間可以回轉(zhuǎn) 1800。設(shè)計回轉(zhuǎn)缸的靜片和動片寬 b=60mm，選擇缸的工作壓強為 8Mpa。d為輸出軸與動片連接處的直徑，設(shè) d=50m

35、m,則回轉(zhuǎn)缸的內(nèi)徑通過下列計算：D=80mm即設(shè)計缸的內(nèi)徑為 80mm，根據(jù)表 4-2 選擇缸的基本外徑尺寸100mm(不是最終尺寸)，再經(jīng)過配合等條件的考慮。最終確定的輸出軸徑為 50mm。缸的截面尺寸如圖 6-2 所示，內(nèi)徑為 150mm，外徑為 230mm，(1)零件重量等現(xiàn)在對機械手做粗略估算：總共約為 33Kg(2)計算零件的重心位置，求出重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 。(2)缸在這里選擇 O 型密封，所以密封摩擦力可以通過近似估算；最后通過以上計算：當(dāng)當(dāng)缸向上驅(qū)動時：F=5000N缸向下驅(qū)動時：F=6600N5.4 軸承的選擇分析對于伸縮缸的運身回轉(zhuǎn)受軸承的影響。因此，這里要充分考慮這個問

36、題。對于本設(shè)計，采用一支點，雙向固定，另一支點游動的支撐結(jié)構(gòu)。作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈在軸向全要固定。本設(shè)計采用兩個球軸承錯誤!未找到源。的組合結(jié)構(gòu)。5.5 本章小結(jié)本章對機械手的機身進行了設(shè)計，分別對機身的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)進行設(shè)計計算。同時，也計算了伸縮立柱不自鎖的條件(這是機身設(shè)計中不可缺少的部分)。最后，根據(jù)計算結(jié)果選用合適的軸承?？偨Y(jié)經(jīng)過一段時間的努力，達到了本課題的預(yù)期目標(biāo)，現(xiàn)總結(jié)如下:(1)(2)(3)(4)(5)(6)本課題提出了焊接機器人的設(shè)計方案，解決了工業(yè)機器人的許多問題；根據(jù)焊接機器人的運動方式，設(shè)計了焊接機器人的機械系統(tǒng)；根據(jù)焊接機器人的負載，進行大臂的傳動設(shè)計；選用適當(dāng)?shù)某叽邕M行多中