点焊机械手设计2.0 (1).docx

《点焊机械手设计2.0 (1).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《点焊机械手设计2.0 (1).docx（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电焊机械手设计合肥工业大学毕业设计（论文）1绪论1.1机器人简介使用在工业界的机器人指的是可以自己主动动作，多个轴向联合运动的设备，适用性较强。这种机器人根据实际情况有些会安装传感器，其灵敏度较高，所有的动作都可以由编程来进行控制。这些机器人一般都是用来焊接等其他作用，所以都安装了机械手、刀具等工具，还有些其他的机器人能够搬运物资。理所当然的这类机器人之所以有一切的驱动力与控制能力，是依赖其自己才能完成。联合国标准化组织已经对于机器人技术进行了更加详尽的介绍:一个机器人就是一个能够进行编程和控制的、拥有很多作用的、可以搬运加工的操作机器；或者是能够根据任务的不一样做不一样的行为动作的专用系统。

2、使用在工业界的机器人主要是由器械本体、控制作用的机器、驱动系统、传感器等组成，它是一种机器电动一体的设备，可以模拟人为操作、自动进行控制、能够多次编程、可以在三维空间工作。使用在工业界的机器人适用在多种品类的慢性生产环节。机器人代替人工能够提高产品的平均质量，增加生产的效率，对产品的更新有着非常积极的意义。机器人技术并非仅仅是简单的人工智能替代品,而是一种完全结合了机器人与工业机械以及相关技术专业知识的新型模仿性机电结合装置。它不仅具有使人类快速反应、分析和评估环境条件的能力，而且还具有使用寿命长、能够以高精度连续工作并承受恶劣的环境的优点。从一定某种程度上来说,它也被认为是机器工业发展的结果

3、,它被认为是我国在工业、行业外、行业内的重要生产机器和客户端服务装置,在先进的制造科学技术领域中必然是不能缺少的环节。1.1.1机器人的发展及应用机器人的发展在现在是非常迅速的，涵盖了广泛的应用，包括：设计工业，农业，交通运输，医药，科研等方面。大概的方向就是增加工作的精度和机器运转的速度，加大机器运动的自由程度，并增加多功能性和灵活程度。减轻结构的重量，逐渐使用已经标准化的模块来构建出一个复合的结构，研究传感器相关的技术和机器人的控制语言，结合内部和环境的具体信息来达到控制机器人的目的，使用计算机强大的仿真软件，使结构机器人能够更加聪明。工业界使用的机器人的发展在各个方面都显示出强大的动力。

4、近年来的国际工业机器人大会的总体状况可以表明，工业机器人的发展重点是智能和先进的机器人以及用于自动生产的廉价、稳定和可靠的机器人。两千年开始，人类以有计划的方式对海洋进军，并开始使用粮食，能源和物质资源。机器人可以理所当然被认为是现代科技进步的重大成果之一。根据当前的状况,工业机器人研究、制造和使用的每一个人都希望能够让其所要运用的领域更广阔,例如:一种具有自适应控制的电脑和计算机控制的组装式机器人,焊接式机器人,实现连续轨迹控制的机器人,铸造式机器人,建筑式机器人,地下工程作业式机器人,消防式机器人,城市垃圾处理式机器人,照顾患者的清洁类型的机器人,障碍物类型的机器人以及在我们生活中,用于太

5、阳能和海洋研究的机器人,以及空间技术开发的机器人。当前，智能机器人的研究从比较基础性的研究开始转变为如何应用的研究，并将在未来逐步推广和应用。拥有检测和识别作用（尤其是视觉）的机器人用于自动维护和组装过程。能够在极端的工作条件下运行的各种极限性工作型机器人正在不断地进行研究。（1）多功能手机构：以前应用在工业界的机器人的大多数手仅仅拥有2个手指，与抓手的功能相对应。现在机器人的手逐步演变成具有多个关节、多个手指和人类触觉的人工手。（2）通过并行处理的连接控制：随着社会科学的进步，微计算机的功能性得到了极大的提高，进而能够使用多个微处理器来处理和控制很多感官信息（视觉，触觉等）。同时，机器人的多

6、功能手可以迅速执行更麻烦的任务。（3）可以步行的机器人的研究，这种研究让机器人能够像人一样行走。随着生物科学技术的进步，对人的步态控制和动物步态机制的研究越来越详细，使用这些机制可以显着提高步行机的性能。（4）机器人识别技术改进：从可以识别更多的物体(或者是零件)的位置和形貌,到可以识别更多物体的姿势和色彩,机器人都可以便捷地迅速分析和辨别更麻烦的东西。1.1.2点焊机器人研究意义用来点焊工作的机械设备就是电焊作用的机械设备。美国目前已经是世界上第一个通过研究生产出电焊机的国家,它是在1965年由美国发明并推广使用,由美国 unimation 公司发明,起名为 unimate 电焊机器人,而我

7、国直到22年后才发明并生产了第一台华宇-型点焊机器人。这种机器人主要是由这几个部分构建成：机器人本身、用来控制机器人工作的控制模块、用来焊接的模块、展示教学的部分。对这类电焊的机器人一般要求之一就是操作灵活性程度,所以大多数用来进行电焊的这类机器人都实际上是仿照着人体关节来设计的,正常情况下它们拥有六个主要的自由度:腰转、大臂旋转、小手扭转、腕摆和拳扭。有两种操作模式,液压来达到驱动的目的,电动来达到驱动的目的。其中,用电动机来驱动的设备装置具有很多优点,包括了易于安装和维护,功耗低,速度快,精度高,安全性高的长处,从而被大量使用。点焊动作的机器人按照教学程序中所指定的动作,顺序和参数执行点焊

8、过程,该过程整个都由机器人自己完成,而且拥有了用于与外部设备进行通信的界面。通过此界面,能够接受更高级别的控制、管理计算机的主线、控制操作的命令。焊接需要熟练程度较高的操作技能,大量的工作经验以及焊机一侧的稳定焊接能力。此外,在恶劣的工作条件,比如大量的烟尘和大量的热辐射下,焊接的风险是很高的。随着现代工业机器人的发展,我们已经开始考虑采用机器人来代替自然界中的人工进行焊接。这大大降低了电弧焊机的操作强度,确保了电弧焊接的质量并且大大提高了电弧焊接的效率。点焊式机器人技术在汽车装配制造线上得到了大规模的应用,显着地提高了汽车装配焊接制造的生产效率与焊接质量。同时,它还具备了柔性焊接。这意味着只

9、要工艺发生变化,就可以在同一条生产线上组装和焊接不同的模型。点焊机器人的使用在适当的地方，理所当然具有以下优势：（1）可以容易地让制造的过程不用人工参与。（2）对生产设备的适应性大幅度地提高。（3）能够增大生产的效率问题，并且保证所生产的产品的质量。（4）显然能够让工作环境更和谐。我国的现代工业通用机器人以1980年代第七个五年计划中的精神要求为主要依据的并进行了其科学性和技术初步研究。目前,他们基本上已经完全掌握了控制机器人自动驾驶仪和操纵仪的硬件设计和技术生产开发制造应用技术,控制传动系统的基础硬件和应用软件设计制造技术,运动学和城市轨道交通规划等等的相关专业知识。该产品生产配套设备现在正

10、用于研究和生产开发中适用于建筑涂料加工喷漆,电弧焊,点焊等接头连接头,组装,装卸等的机器人。弧焊机器人现在已经广泛应用于汽车制造厂家的焊接和安装线路。但是,总的来说,我国工业机器人技术及其技术应用水平仍然与其他国家相去甚远。例如,它远远地还不及国外的同类产品。机器人在目前我国的工业应用以及技术开发中由于起步相对较晚,应用领域范围相对狭窄,其整体生产线和控制系统应用技术水平远远落后于国外的同类产品。与国外仍然同样存在着巨大的技术差距,范围狭窄,机器人产业尚未形成。工业机器人在焊接领域的使用最初是从汽车装配线上的电阻点焊开始的。这是因为电阻点焊工艺相对简单,易于控制,不需要焊缝路径跟踪,并且对机器

11、人精度和可重复性的控制要求相对较低。国际工业机器人公司依靠与大型汽车公司的长期合作,为各种大型汽车制造商以及焊接机器人和电动化整车制造厂家提供不同种类的点焊机器人和电动化单元的产品,我们正以这样的形式走出中国。场地。随着我国汽车制造工业的发展,由于需要使用集成式焊枪,所以在焊接设备上生产线变得愈加繁重。165公斤高的点焊式机器人,这也就是目前在汽车焊接工业中使用最为广泛的机器人。国际机械变压器行业目前正在通过对机械转换器的通用技术进行研究来加强其科学研究。从机器转换技术的发展趋势来看,焊接机转换与其他工业机器转换相同,并且在智能化和多样化方面也在不断发展。1.1.3机器人的组成机器人是典型的机

12、电产品,通常由四个部分组成:机体,控制系统,传感器和螺丝起子。机体是机器人执行任务的执行器。为了准确地控制人的身体,传感器必须需要向用户提供来自于机器人的身体或其周围环境的数据。由控制单元按照控制流程来产生命令和电子信号。通过在每一个关节的运动坐标上对执行器进行控制,每一个臂的端点都可以按照所需要的飞行路径,速度和加速度,以特定姿态直接到达空间的特定位置。驱动器将从控制器输出的信号转换为高输出信号并操作执行器。（1）机械本体机体就是为了帮助机器人进行执法作业，而且依赖于它的执法装置。通常,点焊式操纵器(也被称为点焊式操纵器)能够在特殊的环境下,执行控制系统所需要的操作。典型的工业机器人的机械体

13、通常包括两只手(执行器的末端),手腕,手臂,臀部和底座组成。点焊式的机械手主要是使用6个自由度的机械结构,其中三个部分用于判断末端执行器的位置,而其他三个部分则是用于判断末端执行器的运动方向(姿态)。根据您的操作要求,可以用焊炬,吸盘,扳手和其他操作工具替换机械臂末端执行器。（2）控制系统控制系统是一种对机器人指挥的核心,与其他大脑功能互相对应。它主要负责对教学信息,内部和外部的环境信息,并根据特殊的本体模型,环境模型及其控制过程来进行决策。而产生了对应的控制信号。驾驶员在驱动一个致动器各个关节,以按照执行特殊任务时所需要遵循的顺序,沿着特殊位置或者轨迹移动。控制系统的配置主要包括开环控制系统

14、和闭环控制系统,控制方法主要包括程序控制系统,自适应控制系统和智能控制系统。（3）驱动器驾驶员系统是一种与整个人类心血管系统相适应的机器人驱动系统,通常由两个主要部分共同组成:驱动器和传动机构。由于各种驱动方式不同,驱动器大致可以划分为三个类型:电动,液压和空气动。驱动器的是一台电动机,液压缸和气缸都是可以由齿轮机构直接通过传动齿轮来将其连接在一起到操纵机器或执行仪上。（4）传感器传感器控制系统就是与各种人体运动知识和其他感觉器官相相互适应的一种新型机器人式运动传感控制系统,并且它们也是一种系统包括内部运动传感器和外部运动传感器的新型机械人传感系统。内部的健康传感器主要是被用来用于检测一个驱动

15、机器人自身健康状态,并向那些控制一个驱动机器人正常运行所可能需要的测量身体健康情况的人提供测量信息。位置传感器,速度传感器等外部传感器主要是用于实时地检测一个有关机器人在各个工作环境或其他工作条件下的信息,并且传感器可以大致划分为两个类型:环境传感器和终端执行器传感器。前者主要是用于识别一个物体并检查一个物体和机器人之间距离的方法,而后者则连接至末端执行器以识别敏感的工作感官信息。常见的外部视觉传感器主要有视觉力度外部传感器,触觉式外部传感器,接近式外部传感器和其他视觉式外部传感器。点焊式操纵器人机是一种基于机械化的自动化操作设备,可以通过直接模仿工业机器或者是个人机械手的一些机械动作,以根据

16、具体的操作程序,特定的操作轨迹及某一特定的技术要求条件来直接实现自动化的捕捉,处理或者控制操纵。工业生产中使用的点焊机器人称为工业点焊机器人。在生产中使用点焊机械手可提高生产自动化程度和劳动生产率:降低劳动强度,确保产品质量,尤其在高温,高压,低温,低压,粉尘安全,有毒气体,收音机等在环境中,它取代了人们去做正常的工作。这更重要。因此,在机械加工,冲压,铸造,锻造,焊接,热处理,电镀,喷涂,装配,轻工和运输等方面越来越多地被引用。点焊操纵器的结构相对简单并且高度特定。这是一种特定机床的装卸工具,是一种附加于机床上的特殊点焊式机械手。随着现代工业和技术的进步,可以通过程序控制实现重复和重复操作的

17、被称为通用点焊操纵器的程序控制通用点焊操纵器的应用正在扩展。通用的自动点焊式加工机械手臂正是在中、小批量工业生产中被广泛地用和引用,由于其对生产工作量和流程的迅速适应变化和具有高度的自动适应性,它们会不断改变生产类型。1.2点焊机械手的组成点焊式的机械手主要包括执行器,驱动系统,控制传感器系统以及位置自动检测仪等部分。系统之间的关系显示在框图1-1中。（1）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件。1）手部即,与物体相互接触部分。由于它们与物体之间的接触方向和形式各不相同,因此我们可以将它分为包括夹式和吸入式两类。抓手主要包括手指(或者是指甲)及动力传递机构。手指是一个能够直接接触到物体的部件

18、。通常常见的手指方向的手势主要分为两种:逆向和平移。旋转式手指因为它的结构简单,易于加工和制造而被广泛采用,而平移类型因为它的结构复杂性很少被人们所使用,但当它以平移的类型来夹紧一个圆形的零件时,工件的长度和直径就会发生变化。轴承的位置。因此,适合于大直径区域内的工件进行夹紧。手指的机械结构主要依赖于它所需要握住的对象和物体在其表面上的形态,要掌握的区域(外轮廓或内孔)和物体的重量与其大小。常见的手指形态是扁平、 v 型和弯曲。手指主要分为两种类型,即外部夹钳型和内部支持式,并且食指包括两只手,多指和两个手指。动力传输机构使用者的手指来产生夹紧动作力,以便于完成对物体进行夹紧、放置。动力传递机

19、构中最常用的类型是滑动杆类型,连杆类型,对角杆类型,齿条和小齿轮类型,螺母类型,弹簧类型和重力类型。所需要附着的机器人手主要有吸盘等部件组成,并用一定的吸力(在这些吸盘中会产生一定的负压或者在其他时候会产生一定的电磁力)来吸引这些物体。相应的抽吸式针头包括负压抽吸杯和电磁盘。对于轻质,小零件,光滑的钣金材料等,通常使用真空吸盘抽空材料。有两种类型:气流负压型和真空泵型,它们会引起负压。对于导磁环和带孔的圆形小型零件,以及对金属网片,通常采用电磁式吸盘来抽取材料。电磁式卡盘的吸引力是从直流电磁铁到交流电磁铁。使用真空吸盘和电磁吸盘拾取材料。吸盘的形状,数量和吸力根据吸附剂的形状,大小和重量而变化

20、。另外,根据您的特定要求,手可以是汤匙型(例如,铸造点焊机械手的插座部分)或支撑型(例如,冷齿轮机的装卸点焊接机械手)。2）手腕它是一个连接着手和机器人臂的组成部分,并且通过手臂来调整需要抓住物体的位置,可以拓宽点焊式机械手的移动范围,并且这样也可以促进点焊式机械手的熟练性和适应能力。而且手腕有一个独立的自由度。有旋转式的运动,上下方向的摆动和左右方向的摆动。通常,腕部设计成为一种具有扭矩的运动,可以通过增加上下之间的摆动来满足要求。一些特殊的点焊式机械手就是可以不用一个手腕直接在电脑里工作,从而简化了结构,并且操作起来相对容易。手臂移动可以让手搬运工件。当前,最流行的腕部式旋转运动机构就是具

21、有紧凑的结构,灵巧的,旋转运动角度小并且需要密封的旋转液压缸,并且很难确保稳定的输入扭矩。因此,如果我们需要较大的转速和旋转倾斜角,请考虑采用传统的齿轮或者链轮及其传动系统来进行构造。3）手臂手臂可以支撑被双手握在一起的两个物体,手和主持人的两个手腕。手臂的主要功能就是依照一个人中给定的所有需求物体去快速移动一只人的手指是用来快速抓住这些特定物体并把它们快速运送出去到所有必需的指定位置。工业机械点焊使用机械驱动手臂的臂通常组件包括各种具有利用驱动臂进行运动的各种机械手臂组件(通常包括驱动油缸,气缸,齿条和小型化的齿轮驱动机构,连杆机构,螺旋驱动机构,凸轮驱动机构等)及其它驱动源(通常包括动力液

22、压,气动,马达)等)以及其它能够直接实现机械手臂的各项机械动作。需要一个导向装置，以允许手指沿正确的方向移动，以防止手臂在伸展，收缩或抬起时绕轴旋转。该引导装置还可以支撑臂的弯曲力矩和扭转力矩，以及在臂旋转时在启动和制动过程中出现的惯性矩，从而有利于运动部件的受力状态。导向装置的结构是常用的：单缸，两缸，四缸，V形槽，穿孔槽及其他类型的导向器。4）立柱立柱支撑着手臂。圆柱体还可能被认为是人类手臂的组成部分。手臂旋转及其举升(或点头)的运动,它们都跟支柱有着紧密的联系。点焊式机械手支撑柱通常都是固定的,但由于工作原因支撑柱可以进行侧向位移。5）行走机构如果我们需要对一台工业点焊机械手进行远程控制

23、或者扩大其应用范围,则我们就可以考虑在机座上加装一些诸如滚轮和导轨之类的移动机构,以便于实现对工业点焊机械手整个工作中的运转。按照滚动机制大致可以划分为两类:跟踪性的与非追踪性。需要增加其他机械传动来移动滚轴。6）机座其中的机器基座是点焊式机械手的根本构成部分。点焊式机械手的执行器构件和驱动系统均被直接安装到一台机器的底座上,并以此作为支撑与相互联系。（2）驱动系统驱动系统是一个驱动工业点焊式机械手执行器的运动。它通常包括电源,控制与配置等设备和其他辅助装置。常见的驱动系统主要有四种类型:液压驱动,气式传感器驱动,电式传感器驱动和机械式传感器驱动。（3）控制系统控制单元是一种根据设计要求对工业

24、点焊式机械手的运动进行调节。如今,工业点焊式机械手控制系统一般包括程序控制系统与电气定位系统(或称为机械停止定位系统)两部分。其中控制部分包括电气控制器和射流监视。它根据预设的程序自动调整点焊机械手的运行,保存提供给点焊机械手的指令信息(包括运动先后次数,运动路径,运动速度,时间等),并同时控制点焊机械手的运动。这个点。焊接机械手。来自控制系统的信息可以指导执行器并根据需要监视点焊操纵器的活动。如果电路发生了故障,则会输出报警信号。（4）位置检测装置它可以控制一个点焊式的机械手执行器移动的位置,并随时向控制系统报告。将其与所设定的位置进行对应的比较,并通过一个控制单元对其进行调整,以保证执行器

25、能够在特殊精确的位置内到达所需要设定的位置。1.3本文主要研究工作本文首先明确了点焊式工艺和机械手的整体布置,然后在基础上提出了各个组成部分的具体设计方案,根据这些设计方案,主要研究和课题有：（1）腰部回转机构的结构设计；（2）大臂摆动机构的结构设计；（3）小臂摆动机构的结构设计；（4）腕部摆动机构的结构设计。2点焊机械手的总体结构2.1点焊机械手总体结构的类型工业工程机器人的基本系统结构及其形状主要由四个笛卡尔运动坐标系统结构,圆柱运动坐标系统结构,球形运动坐标系统结构和多个关节坐标结构部分组成。每个文件结构以及其中的相应结构属性值的介绍格式如下：（1）直角坐标机器人的结构这种直角坐标式机器

26、人在空间上的运动主要是通过三个彼此之间相互垂直的非线性位移运动来完成的。为了能够实现某种范围内的运动,笛卡尔坐标式机器人在整体上的结构和尺寸都要比其它类型的机器人更大很多。直角长轴坐标式工作机器人的内部位于工作区的空间通常是一个直角长方体。直角三轴坐标式工作机器人主要用途是在实际操作中用来进行机械组装与零件处理。直角式和非坐标式的工业机器人主要认为具有三种基本结构:可移动式和手臂式,门式和起重机式。（2）圆柱坐标机器人的结构圆柱坐标式机器人在空间上的运动主要是由旋转和两个非线性的运动共同完成。这种类型的机器人具有相对简易的结构及优异精度,并且广泛应用于各种数据库的处理和控制。工作空间本身就是一

27、个圆柱状的空间。（3）球坐标机器人的结构这种球形坐标式机器人在进行空间运动时,可以用两个旋转和一个非线性的运动。这种类型的工业机器人主要具有简单的设计结构及较低的成本,但是不是很精确。它主要用于处理工作。工作空间是一个球形的空间。（4）多关节机器人的结构多关节式机器人在空间上的运动可以用三个方向旋转来完成。机器人运动灵活，结构紧凑且空间小。与机器人主体的尺寸相比，工作空间相对较大。这种类型的机器人广泛用于焊接，喷涂，处理，组装和其他任务等行业。这种类型的机器人非常普遍。本次设计规格参数：腰部回转最大角度280度；摆动最大角度120度；工作范围范围0-450mm；本点焊机械手的主要动作是：首先我

28、们是利用腰部的反复回转式即使机械臂与其他焊点在同一高度水平上;然后接着通过腰部大臂焊刀进行反复回转,调整两个焊枪与其他连接点的高度间隙;然后用腕部手臂反复进行回转,使两个焊刀与焊枪接触点碰到的其他焊点;最后在利用腕部手臂进行反复回转,使得两个焊枪与其他连接焊点之间保持同一垂直,达到了机械焊接的主要工作目的。2.2设计具体采用方案具体来说考虑到本次的加工设计,因为电弧焊枪的焊接质量大约0.5kg,且我们充分考虑到了焊接件的点焊及电弧焊导线的焊接加工工作精度,所以我们应尽量多地改善其内部结构,以有效地达到减少加工成本、增强其工作可靠性。该点焊式的自动机械手在工作中一般都认为需要手臂做四种不同方向的

29、反复运动,腰部小臂是反复回转;大臂反复的方向反复回转;腰部小臂反复方向回转;大臂腕部反复旋转。综合上述因素考虑,点焊式运动机械手的运动自由度测量系数可以取为四。所以我们选用了一个带有关节式的自动机械臂。具体到本设计，要求工作区间0-450mm，扩大到0-60mm，为扩大1/3倍。因为A2+b22ab。所以当c一定时，a=b机械臂为最短。6002=2a2。A424.3，又因为小臂比大臂更灵活，活动更频繁，所以初始取a（大臂）=500mm；b（小臂）=400mm；c（腕部）=100mm。整体布局如图：本课程所设计的三维建模是以 solidworks 为依托。首先是进行腰部和回转摆动机构的总体结构设

30、计,再由手工进行大臂和手腕摆动机构的总体设计,最后由手工进行小臂和手腕摆动机构的总体设计。在所有的设计工作都做好之后,整体效果就会显现出来：3点焊机械手腰部机座3.1点焊机械手腰部机座结构的设计在完成点焊机械手的总体构造之后，应完成点焊机械手的腰部，大臂，前臂，手腕和其他部分的详细构造。点焊机械手腰板结构的设计要求：工业机器人的腰板是专门用于制造圆柱体坐标的机器人,球形坐标机器人和多关节机器人。这也就是机器人的第一个回转关节。这种机器人所有的运动组成零件均被安装到臀部的座椅上。支持着机器人的整体重量。在研究设计机器人臀部或座椅的整体结构时,应当遵循以下的设计原则：（1）腰座座椅必须有足够大的安

31、装空间，以确保工作期间的整体稳定性。（2）腰座必须支撑机器人的全部重量和负荷。因此，机器人基座，腰轴和轴承构造必须足够坚固，以确保其承载能力。（3）机器人的腰部是机器人的第一个旋转关节。它对机器人端的运动精度影响最大。在设计过程中，应特别注意腰轴系统和齿轮链的精度和刚度。(4)为了有效实现汽车腰部的稳定旋转,需要同时采用合适的齿轮驱动控制设备,其中主要包括齿轮驱动器(电动,液压,气动)和减速齿轮驱动减速器。驱动控制装置通常由一个具有测量车辆制动加速度和车辆定位力的传感器和力的制动仪元件组成。(5)腰带的结构要易于设置与调节。髋部与机器人两只手臂之间的关节需要有一个可靠地定位参照平面,以确保各关

32、节相互定位精度。提供调节机构以调节减速器的腰部轴承的游隙和齿轮的游隙。(6)为了有效地减小对于机器人运动零部件的倾斜和惯性并且大大地提高对于机器人运动的控制精准,腰部或旋转式运动零件的外壳通常用比重小的铝合金材料制成,并且固定底座通常用铸铁或者是铸钢材料做成。3.2点焊机械手腰部机座设计的具体采用方案腰部回转的传递驱动模式通过马达或者使气压缸或者气压缸摆动时延迟机构。当前趋势是使用前者。由于腰座位置是点焊机器人的第一个旋转运动关节,因此它在工作时对点焊式机械手的最后操作精度具有重要的影响,因此该发电机由减速装置驱动以提供高速旋转的运动。3.3电动机的选择设两臂和两个手腕之间环绕的围绕各自平行重

33、心点和轴的转动惯量分别等于是，即JG1、JG2、JG3，JG4根据一个平行重心轴运动定理中的公式法则可可以得到该臂环绕重心轴0的转动惯量为该公式定义为： （3.1）（3.2）m3=0.5kg；m2=5kg；m1=7kg；m0=7kg；设输出轴速度为所需时间；机座 （3.3）若能够充分考虑观测到物体围绕着运动机器人臂和手臂的各个运动部位及其重心和转轴的连续运行转动惯量和运行摩擦力矩,则在每个旋转阶段起点和每个运行阶段开始时每次启动的转矩惯量大小之差可以直接假设为15N.m。电机功率可按下式估算 （3.4）其中：Pm为电动机功率W；MLP为负载力矩；为负载转速；为传动装置效率，初定0.9；系数为经

34、验数据，取2.5； （3.5）博美德PL80-100/SM80-013-30LFB；3.4减速器的选择由于整体的最高转速应该是 30r / min 。伺服电机的工况是在额定的转速下,它就能够自动地调节所需的转速和正常运行。所以以最高转速计算传动比。 （3.6）减速器选用配套的博美德PL80-100型，减速比100。减速器如图所示：参数如下：额定输出扭矩：52110Nm转动惯量：0.390.77Kgcm2/故障停止扭矩：104220Nm满载效率：90%额定输入速度：4000min-1/工作温度：-25+90最大输入速度：6000min-1/润滑方式：合成脂润滑（长效润滑）安装方式：任意防护等级：

35、IP65平均寿命：20000h法兰精度：DIN42955-R输出轴键标准：圆头普通平键（A型）GB1096-79。3.5键的选择该键已经实现了标准化,在设计时我们就需要先根据实际使用的工作条件要求和轴径上该键的种类以及其尺寸大小等因素来确定所使用的键,然后再对其进行强度的校验考核,该键的材质按照标准要求采用抗拉强度的钢,常用45钢。本设计中的键均为减速器自带的键，即普通圆头A型。验证电机轴上的转动惯量 （3.7）电机的转子惯量为 （3.8）在确定了转动惯量之后，就要进行轴的具体尺寸确定：实心机和轴的所有结构原件和主体材料均选用可以直接选用45号不锈钢,查表格可得知实心轴的许用扭剪应力=30MP

36、a，由许用应力确定的系数为C=120。此轴传递扭矩T1=15N.mn1=30r/minP1=400w （3.9）因此与电机相连的轴直径必须大于28.5mm。4点焊机械手手臂的结构设计机械臂的功能是在恒定负载和恒定速度下，能够让机器人在指定的工作空间里面按照目的设定进行移动。设计机械臂的时候，请严格遵守以下的原则：（1）机械臂的关节轴应在最大情况下保持着平行，并且彼此垂直的轴应在一个点处最大情况下保持着相交。保证在机器人运动的前后能够方便计算，它被简化并有助于控制机器人。(2)一个机械臂的整体结构尺寸必须能够在最高程度上适合于机器人在运行时候对其空间的需求。其工作空间的大小及其形状、宽度及其大小

37、都是与机器人的手臂长度及其关节旋转幅值的紧密相联。但是,机器人的手臂末端部分的工作空间未能充分地考虑到对于机器人手腕工作时空间方向的要求。如果对于机器人的各种手腕位置姿势都有一个特殊的要求,则在不能充分考虑到手腕位置时,其手臂末端能够达到的工作区域空间将会远远小于上面的一个工作区。(3)由于机器人的手臂有一个足够大的运动强度和刚性,可以大幅度地改善机器人的移动速度及其控制精确性。为了设计和制造各种机械臂,目标主要是选择一种高强度,轻质的材料,通常都是高强度的铝合金。碳纤维复合材料的应用于机械臂生产中的目标,目前正被国外引进。碳纤维复合材料既具备较高的拉伸强度,出色的耐震性和低比重(这种材料的比

38、重相当于1/4钢和2/3铝合金)。但是,它价格昂贵,并且具有稳定的特殊工艺性能及其制造的复杂程度。在对模制品进行加工中仍然会出现一些问题,并且生产没有进行。当前,一种较有效的技术途径就是通过使用有限元的方法对机器人的手臂进行结构上的优化。减轻了机器人和手臂所需要的重量,同时保证了所需要的强度和刚性。(4)为了减少由于机械游隙引起的运动误差,必须使机器人每个关节的轴承游隙尽可能小。因此,所有接头都需要一个轴承间隙调整机构,该机构必须可靠地工作并且易于调整。(5)当一个机器人的手臂重量与其关节之间的旋转轴适宜地相等时。它对于降低气缸的压力和负荷,并且提高机械臂的运动反应速率很有帮助。在进行设计中使

39、用机械手时,应尽可能多地使用与其他机械手连接的各种机电元件和装置的重量,以减少与其他机械手不平衡的重量。如果有必要,应该自行开发一种平衡式的机构,以补充手臂中残留的不均匀重量。(6)运动控制关节机械臂的整体结构设计应该充分综合考虑到每个控制关节的运动限位控制开关,具有恒定运行速度和运动缓冲稳定性能的驱动控制器和终端块以及控制驱动器,齿轮机构和其他组件的安装。4.1设计具体采用方案点焊式机械手的主要部件有大臂和小腕手都是回转式运动。鉴于点焊式机械手的自然动态特点,以及其运动的稳定性,安全感,两个手臂之间的调整都是采用了电机与谐波式减速器相互配合。4.2大臂电动机的选择设两臂和两个手腕之间环绕着围

40、绕各自平行重心点和轴的三个旋转径向运动阻力惯性向量分别等于JG1、JG2、JG3根据平行轴定理可得绕轴0的转动惯量为： （4.1） （4.2）m3=0.5kg；m2=5kg；m1=7kg；设输出轴速度为所需时间；大臂 （4.3）若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启动转矩可假定为13N.m。电机功率可按下式估算： （4.4）其中：Pm为电动机功率W；MLP为负载力矩；为负载转速；为传动装置效率，初定0.9；系数为经验数据，取2.5； （4.5）博美德PL80-80/SM80-013-30LFB；参数如下：4.3大臂减速器的相关计算由于整体的最高转速应该是 30r

41、 / min 。伺服电机的工况是在额定的转速下,它就能够自动地调节所需的转速和正常运行。所以以最高转速计算传动比。 （4.6）减速器选用配套的博美德PL80-80型，减速比80。电机轴上的转动惯量： （4.7）电机的转子惯量为； （4.8）所以选取合适。此轴传递扭矩T1=13N.mn1=30r/min；P1=400w； （4.9）因此与电机相连的轴直径必须大于28.5mm。4.4小臂电动机的选择 （4.10） （4.11）m3=0.5kg；m2=5kg；设输出轴速度为所需时间；小臂 （4.12）若我们充分考虑认识到对于围绕着整个机器人臂和手臂的各个运动部位都有重心旋转轴的手臂运行转动惯量和手臂

42、摩擦力矩,则在手臂旋转轴的起点和手臂运行末端开始的每个摩擦转矩都应该可以精确假设为2N.m。电机功率可按下式估算： （4.13）其中：Pm为电动机功率W；MLP为负载力矩；为负载转速；为传动装置效率，初定0.9；系数为经验数据，取2.5； （4.14）博美德PL40-200/SM42-001-40DCB；参数如下：4.5小臂减速器的相关计算由于电机整体的最高工作转速一般是按20r/min来设定。伺服驱动电机系统能够在额定的工作转速下自由地自动调节电机所需的额定转速和正常工作运行。所以以最高转速计算传动比。 （4.15）减速器如图所示：减速器选用配套的博美德PL40-200型，减速比200。详细

43、参数如下：额定输出扭矩：7.515.5Nm 转动惯量：0.0160.029Kgcm2/故障停止扭矩：1531Nm 满载效率：90%额定输入转速：4500min-1/ 工作温度：-25C+90C最大输入速度：10000min-1/ 润滑方式：合成脂润滑（长效润滑）安装方式：任意防护 等级：IP65平均寿命：20000h 法兰精度：DIN42955-R重量：0.6Kg 减速机符合JB1799-76标准输出轴键标准：圆头 普通平键（A型）GB1096-79。该键已经实现了标准化,在设计时我们就需要先根据实际使用的工作条件要求和轴径上该键的种类以及其尺寸大小等因素来确定所使用的键,然后再对其进行强度的

44、校验考核,该键的材质按照标准要求采用抗拉强度的钢,常用45钢。本设计中的键均为减速器自带的键，即普通圆头A型。电机轴上的转动惯量： （4.16）电机的转子惯量为；所以选取合适 （4.17）在确定了转动惯量之后，就要对轴进行设计：此轴传递扭矩T1=2N.mn1=20r/minP1=30w （4.18）因此与电机相连的轴直径必须大于13.7mm。5点焊机械手腕部的结构方案设计5.1腕部电动机的选择 （5.1） （5.2）m3=0.5kg；设输出轴速度为所需时间；腕部 （5.3）若充分考虑到围绕着机器人的手臂各个重心轴的运动惯量和摩擦能力,则旋转起点时的启动转矩大小可以假设为1N.m。电机功率可按下

45、式估算： （5.4）其中：Pm为电动机功率W；MLP为负载力矩；为负载转速；为传动装置效率，初定0.9；系数为经验数据，取2.5； （5.5）博美德PL40-200/SM42-001-40DCB；参数同上。5.2腕部减速器的选择由于电机整体的最高工作转速一般是按20r/min来设定。伺服驱动电机系统能够在额定的工作转速下自由地自动调节电机所需的额定转速和正常工作运行。所以以最高转速计算传动比。 （5.6）减速器选用配套的博美德PL40-200型，减速比200。电机轴上的转动惯量计算如下： （5.7）电机的转子惯量为； （5.8）确定了转动惯量之后就要对轴进行设计：此轴传递扭矩T1=1N.mn1=20r/minP1=30w （5.9）因此与电机相连的轴直径必须大于13.7mm。6轴承的选用与校核为了确保机械臂的精准地工作，不单纯是需要轴须具有优良的制造品质，同样也需要机械臂的结构非常精准恰当，轴承的组装和使用过程也一定要达到标准的要求。轴承的则取是机械手能够精准工作的前提条件。（1）轴承类型的选择基于机器的旋转轴轴承的选择：推力球的轴承的承载能力相比较来说是有些许小的，规定的动载荷比为1，因此无法传递径向载荷，而仅传递单向轴向载荷，从而约束了轴和壳体的轴方向的移动。速度限制很慢。机座相对转动处的轴承选择：一对半正方形圆锥型滚子