直角坐标焊接机械手整体结构设计.doc

摘要

焊接在当代制造业中有着举足轻重的地位，与传统手工焊接相比，焊接机器人有

着无可比拟的优势，而且，随着科学技术的发展，焊接自动化越来越成为焊接的发展

趋势。本文从直角坐标焊接机械手的整体设计角度出发，主要致力于解决直角坐标焊

接机械手的总体结构设计、总体主要参数尺寸的确定以及各大部分的连接设计等问题，

确定了符合设计题目的直角坐标焊接机械手的整体结构、总体参数、及各部分的连接

尺寸，为各部件的型号选择和尺寸确定作依据。

关键字：焊接机械手、直角坐标、总体结构设计、连接设计

1.4 国内外焊接机器人的发展趋势..........................................................................................3

第 2 章 总体结构方案设计..................................................................................5

2.1 总体技术要求.......................................................................................................................5

2.2 直角坐标焊接机器人介绍..................................................................................................5

2.3 常见的几种直角坐标焊接机器人结构方案......................................................................6

2.4 焊接机械手结构方案的确定...............................................................................................8

第 3 章 总体布置设计........................................................................................11

3.1 总体布置的要求.................................................................................................................11

3.2 总体主要参数的确定.........................................................................................................11

第 4 章 各部分间的联接设计............................................................................19

1.1 焊接机器人概述

在现代制造业中，焊接作为“工业裁缝”毋庸置疑是最重要的工艺技术之一。它应用领

域相当广泛，触及机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工以及建筑和电

子等各个方面。随着科学技术的迅猛发展，焊接已经从简单的构件连接方法和毛坯制

造手段发展成为制造行业中一项基础工艺和生产尺寸精确的制成品的生产手段。我们

曾经传统的手工焊接已经不能满足现代那些高技术含量产品制造的质量和数量要求。

因此，如何在保证焊接产品质量的稳定性的同时提高生产率和改善劳动条件，这个问

题成为了现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。随着电子技术、计算机技术、数控

技术和机器人技术的迅猛发展，为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已

经渗透到焊接各个领域中。

它再做一次示教就可以了。因此，在一条由焊接机器人组成的生产线上，可同时自动

生产若干种不同的焊接。

焊接机器人与传统手工焊接比较，主要优点如下表

：

1.2 焊接机器人的发展过程

按照机器人技术发展水平，焊接机器人可以分为三代，如下表

：

第一代 基于示教再现

这类机器人能够按照人类预先示教的轨

漆工作。这种方式即是所谓的“直接示教”。

教。操作人员利用控制面板上的开关或键盘

来控制机器人一步一步地运动，机器人自动

记录下每一步，然后重复。目前在工业现场

应用的机器人大多属于第一代。

第二代

具有环境感知

装置，能在一

定程度上适应

环境的变化

第二代机器人采用了焊缝跟踪技术，通过

机器人就能够自动跟踪焊缝，从而对示教的

位置进行修正，即使实际焊缝相对于原始设

定的位置有变化，机器人仍然可以很好地完

成焊接工作。类似的技术正越来越多地应用

协作机器的相对位置、相互作用的力等等。

更为重要的是，能够根据获得的信息，进行

逻辑推理、判断决策，在变化的内部状态与

变化的外部环境中，自主决定自身的行为。

这类机器人具有高度的适应性和自治能力。

尽管经过多年来的不懈研究，人们研制了很

多各具特点的试验装置，提出大量新思想、

新方法，但现有机器人的自适应技术还是十

分有限的。

1.3 国内外焊接机器人的现状

而我国也已有大量的焊接机器人系统应用于各类自动化生产线上，截止到 20 世纪末，

我国实际拥有工业机器人约 3500 台，分布全国 700 多家企业，其中应用于焊接机械手

总量在 1400 多台。和世界其他国家一样，汽车、摩托车、工程机械制造业是焊接机器

人的最大用户群，电子行业有少量应用，其他行业目前应用数量更少。在焊接机器人

中，弧焊机器人和点焊机器人的应用范围最广、使用数量也最多，弧焊机器人和点焊

机器人相比较，弧焊机器人的使用数量略多于点焊机器人的装备数量。近年来，机器

人激光焊接、机器人钎焊等其他机器人焊接也得到应用

。

我国的机器人事业起步较晚，工业机器人历经“七五”攻关和“八五”、“九五”、在国家

863 计划智能机器人主题支持下，我国自主知识产权的工业机器人设计、制造和应用技

(1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而

单机价格不断下降。

(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测

系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块

化装配机器人产品问市。

(3)工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；

器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、

易操作性和可维修性。

(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，