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机械手机器架体焊接作业机器人设计说明书.doc
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摘要
本论文在综述近年来机器人技术研究和发展状况的基础上,结合焊接机器
人的设计,对机器人技术进行了系统的分析,提出了整体结构、执行部件的设
计方案。
本文结合焊接的位置和精度的各方面的要求以及机器人在焊接过程中出现
的问题,参考近几年机器人技术研究和发展的状况,在充分发挥机电一体化的
特点优势互补,对焊接机器人的整体机械结构、传动系统和驱动装置进行了分
析和设计,提出了一套整体结构设计方案和传动方案。采用直角坐标的框架式
机械结构形式,这种方式既有对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有可
长时间持续工作,精确度高、抗恶劣环境的能力。并对它的三个坐标运动进行
了设计;采用步进电机驱动,导轨和滚珠丝杠传动。
通过以上的工作,得出了结构简单、装配容易、稳定性好,可以代替人的
劳动,到环境恶劣的地方去工作,实用性强,适合全面推广和应用。
关键词:机器人;焊接;机电一体化;结构设计;
ABSTRACT
The present paper in the summary in recent years the robot engineeringresearch
and in the development condition foundation, the union welded the robot the design,
has carried on the system analysis to the robottechnology, proposed the overall
construction, the executive component design proposal.
This article unifies the welding the position and the precisionvarious aspects
request as well as the robot the question which appear in the welding process, the
reference in recent years robotengineering research and the development condition,
in full displayintegration of machinery characteristic superiority supplementary, the
butt weld robot overall mechanism, the transmission system and the drive has carried
on the analysis and the design, proposed a set of overall constructions design
proposal and the
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88047396/bg2.jpg)
transmission plan. Uses the rectangular coordinates the frame posture mechanism
form this way both has to the environment condition rapid reaction and the analysis
judgement ability, and has may the long time continue to work, the precision is high,
the anti- adverse circumstance ability.And has carried on the design to its three
coordinates movement; Uses a step of machine actuation, the guide rail and the
ballbearing guide screw transmission.
Through the above work, obtained the structure simply, the assembly has been
easy, the stability well, was allowed to replace person'swork, worked to the
environment bad place, the usability was strong,suits the comprehensive promotion
and the application.
Keyword: Robot;Welding;Integration of machinery;Structural design;
目录
1.绪论…………………………………………………………………………….......1
1.1 课题选择的意义…………………………………………………………….1
1.2 课题选择的必要性………………………………………………………….3
2.焊接作业机器人总体方案设计…………………………………………………...4
2.1 机器人任务要求和结构设计……………………………………………….4
2.2 传动系统设计……………………………………………………………….9
2.3 驱动系统性能分析与方案设计…………………………………………...12
2.4 控制系统方案设计………………………………………………………...14
3.传动系统设计…………………………………………………………………….16
3.1 滚珠丝杠副的特点………………………………………………………...16
3.2 设计条件…………………………………………………………………...17
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88047396/bg3.jpg)
3.3 导向精度与轴向间隙的确定…………………………………………...…17
3.4 丝杠轴的确定……………………………………………………………...18
3.5 螺母的确定………………………………………………………………...19
3.6 定位精度的确定…………………………………………………………...21
3.7 回转扭矩的确定…………………………………………………………...22
4.导轨的受力分析……………………………………………………….. ………..23
4.1 使用条件………………………………………………………………...…24
4.2 滑块作用载荷…………………………………………………………...…24
5.导轨的刚性设计………………………………………………………………….31
5.1 预压的选定………………………………………………………………...31
5.2 考虑预压载荷的寿命…………………………………………………...…31
6.控制分析………………………………………………………………………….34
结论………………………………………………………………………………….35
参考文献………………………………………………………………………….....36
致谢………………………………………………………………………………….37
附录 1 外文翻译
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88047396/bg4.jpg)
1.绪论
1.1 课题选择的意义
随着科学技术的发展,焊接逐步成为制造业尤其是装备制造业中的重要加
工手段,在世界发达国家,如美国、日本和欧洲的汽车制造、车辆、造船及航
空航天业的焊接生产中,焊接机器人和焊接自动化专业的应用非常广泛。
从机器人诞生到20 世纪80 年代初,机器人技术经历了一个长期缓慢的发展
过程。到了20世纪90年代,随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速
发展,机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和精
度、可靠性等不断提高,而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方发达
国家,与机器人价格相反的是,人的劳动力成本有不断增长的趋势。图1-1所示
是联合国欧洲经济委员会(UNECE)统计的从1990~2000年的机器人价格指数和
劳动力成本指数的变化曲线。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88047396/bg5.jpg)
图1-1机器人价格指数和劳动力成本指数比较(资料来源:UNECE)
图中,把1990年的机器人价格指数和劳动力成本指数都作为参考值100,
至2000年,劳动力成本指数为140,增长了40%;而机器人在考虑质量因素的情
况下价格指数低于20,降低了80%,在不考虑质量因素的情况下,机器人的价格
指数约为40,降低了60%。这里,不考虑质量因素的机器人价格是指现在的机器
人实际价格与过去相比较;而考虑质量因素是指由于机器人制造工艺技术水平
的提高。机器人的制造质量和性能即使在同等价格的条件下也要比以前高,因
此,如果按过去的机器人同等质量和性能考虑,机器人的价格指数应该更低。
由此可以看出,由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力,而机器人价
格指数的降低又恰巧为其进一步推广带来了契机。减少员工与增加机器人的设
备投资,在两者费用达到某一平衡点的时候,采用机器人显然要比采用人工所
带来的利益大。一方面可大大提高生产设备的自动化水平,从而提高劳动生产
率,同时又可提升企业的产品质量,提高企业的整体竞争力。虽然机器人一次
性投资比较大,但它的日常维护和消耗相对于它的产出远比完成同样任务所消
耗的人工费用小。因此,从长远看,产品的生产成本还会大大降低。而机器人
价格的降低使一些中小企业投资购买机器人变得容易。因此,机器人的应用在
各行各业得到了飞速发展。根据UNECE的统计,2001年全世界有75万台机器人用
于工业制造领域,其中38.9万台在日本、19.8万台在欧盟、9万台在北美,7.3
万台在其余国家。至2004年底全世界在役的工业机器人至少有约100万台。减少
员工与增加机器人的设备投资,在两者费用达到某一平衡点的时候,采用机器
人显然要比采用人工所带来的利益大。一方面可大大提高生产设备的自动化水
平,从而提高劳动生产率,同时又可提升企业的产品质量,提高企业的整体竞
争力。工业机器人的出现使人们首先想到用它代替人的手工焊接,减轻焊工的
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