焊接機械手結(jié)構(gòu)設計【焊接機器人】【四自由度】
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湖南科技大學 2014 屆畢業(yè)設計(論文)開題報告
題 目
焊接機械手結(jié)構(gòu)設計
作者姓名
學號
所學專業(yè)
機械設計制造及其自動化
1、 研究的意義,同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題(列出主要參考文獻)
背景和研究意義:
隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要,焊接機械手在工業(yè)應用中越來越重要。焊接機械手可以代替人手的繁重勞動,顯著減輕工人的勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平,解決了工業(yè)生產(chǎn)中長期頻繁單調(diào)的操作。也提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度,所以機械手的使用是非常高效的,因此需要設計出讓人跟滿意的焊接機械手。
焊接機械手的結(jié)構(gòu)設計與一般的機械結(jié)構(gòu)設計相比,既具有類似性,又有其獨特性。從機構(gòu)學的角度來看,機械手的機械結(jié)構(gòu)可看作是一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關節(jié)、移動關節(jié)連接起來的開式運動鏈。 與一般機構(gòu)相比,機械手的開鏈結(jié)構(gòu)型式具有靈巧性和空間可達性等,但由于開鏈式結(jié)構(gòu)實際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的,機械誤差和彈性變形的累計,影響機械手的剛度和精度。因此,機械手的結(jié)構(gòu)設計既要滿足強度要求,又要考慮剛度和精度。另一方面,機械手的機械結(jié)構(gòu),特別是關節(jié)傳動系統(tǒng),是整個伺服系統(tǒng)中的一個組成部分,無論是結(jié)構(gòu)的緊湊性、靈巧性,還是在運動時的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能,都比一般機構(gòu)有更高的要求。
焊接機械手雖然有多種結(jié)構(gòu)形式,但大體上都可以分為3大組成部分,即本體、點焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應用較廣的點焊機器人,其本體形式為直角坐標簡易型及全關節(jié)型。前者可具有1~3個自由度,焊件及焊點位置受到限制;后者具有5~6個自由度,能在可到達的工作區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整焊鉗姿態(tài),以適應多種形式結(jié)構(gòu)的焊接。
對焊接機械手的結(jié)構(gòu)設計進行研究,目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機械結(jié)構(gòu),以最大效益的滿足生產(chǎn)需要。
國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題:
工業(yè)焊接機械手的發(fā)展過程可分為三代,第—代,為示教再現(xiàn)型,它主要由機器手控制器和示教盒組成,可按預先引導動作記錄下信息重復再現(xiàn)執(zhí)行,當前工業(yè)中應用最多。第二代為感覺型,如有力覺觸覺和視覺等,它具有對某些外界信息進行反饋調(diào)整的能力,目前已進入應用階段。第三代為智能型它具有感知和理解外部環(huán)境的能力,在工作環(huán)境改變的情況下,也能夠成功地完成任務,它尚處于實驗研究階段。
1、國外工業(yè)機器人的的發(fā)展
美國是機器人機械手的誕生地,早在1961年,美國的ConsolidedControlCorp和AMF公司聯(lián)合研制了第一臺實用的示教再現(xiàn)機器人。經(jīng)過40多年的發(fā)展,美國的機器人機械手技術在國際上仍一直處于領先地位。其技術全面、先進,適應性也很強。
日本在1967年從美國引進第一臺機器人,1976年以后,隨著微電子的快速發(fā)展和市場需求急劇增加,日本當時勞動力顯著不足,工業(yè)機器人在企業(yè)里受到歡迎,使其日本工業(yè)機器人得到快速發(fā)展,現(xiàn)在無論機器人的數(shù)量還是機器人的密度都位居世界第一。德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年,但戰(zhàn)爭所導致的勞動力短缺,國民的技術水平較高等社會環(huán)境,卻為工業(yè)機器人的發(fā)展、應用提供了有利條件。目前,德國工業(yè)機器人的總數(shù)占世界第二位,僅次于日本。
2、國內(nèi)工業(yè)機器人的發(fā)展
我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初期,我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。進入20世紀80年代后,隨著改革開放的不斷深入,在高技術浪潮的沖擊下,我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持,“七五”期間,國家投入資金,對工定機器人及零部件進行攻關,完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā),研制出了噴漆,點焊,弧焊和搬運機器人。,國家高技術研究發(fā)展計劃開始實施,經(jīng)過幾年研究,取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特種機器人。
從2O世紀9O年代初期起,我國的國民經(jīng)濟進入實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變期,掀起了新一輪的經(jīng)濟體制改革和技術進步熱潮,我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進了一大步,先后研制了點焊,弧焊,裝配,噴漆,切割,搬運,碼垛等各種用途的工業(yè)機器人,并實施了一批機器人應用工程,形成了一批工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化基地,為我國機器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎。但是與發(fā)達國家相比,我國工業(yè)機器人還有很大差距。
2、 研究目標、內(nèi)容和擬解決的關鍵問題(根據(jù)任務要求進一步具體化)
研究目標:完成焊接機械手的結(jié)構(gòu)設計。
研究內(nèi)容:
本設計研究焊接機械手,以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。
進行機械手的原理方案設計,比較并提出系統(tǒng)的總體方案。
根據(jù)技術要求進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計:
1.加強度現(xiàn)實生產(chǎn)中工業(yè)焊接機械手的理解
2.設計前對機械手主要的知識認知
3.對焊接機械手的各主要組成部分的分析,設計方案的確定
4.確定機械手的主要結(jié)構(gòu)
5.對各主要結(jié)構(gòu)進行計算分析
6.確定機械手各部件的可靠性
7.繪制主要結(jié)構(gòu)零件圖
8.繪制裝配圖
擬解決的關鍵問題
1.選取機械手的坐標形式及自由度;
2設計各機械手的執(zhí)行機構(gòu):如點焊部分、手腕、手臂;
3.傳動系統(tǒng)的設計;
3、 特色與創(chuàng)新之處
通過本次對焊接機械手的結(jié)構(gòu)設計,可以縮短提升機設計周期,提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量和使用壽命,提高企業(yè)的技術創(chuàng)新能力和市場競爭能力。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術路線
先把本設計模塊化處理,它包含選型(坐標型式),腰部回轉(zhuǎn),手臂俯仰,直線位移,焊槍與手臂結(jié)合5部分。細化每部分的設計思路如下表:
1
2
3
4
坐標型式
直角坐標式
圓柱坐標式
球坐標式
關節(jié)式
腰部回轉(zhuǎn)
齒輪傳動
蝸輪蝸桿
帶傳動
手臂俯仰
齒輪傳動
蝸輪蝸桿
帶傳動
直線位移
齒條傳動
液壓傳動
氣壓傳動
滾珠絲杠副
焊槍手臂結(jié)合
夾持式
吸附式
如圖可得:可能采用的方案共:4x3x3x4x2=288種
本設計研究汽車車身焊接的機械手,以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。
方案一:直角坐標式機械手,蝸輪蝸桿傳動,直線位移液壓傳動,焊槍手臂結(jié)合吸附式。
方案二:關節(jié)式機械手,齒輪傳動,直線位移滾珠絲杠副。焊槍手臂夾持式。
方案三:直角坐標式機械手,齒輪傳動,直線位移齒條傳動,焊槍手臂結(jié)合夾持式。
方案四:球坐標式機械手,齒輪傳動,直線位移氣壓傳動,焊槍手臂結(jié)合吸附式。
本設計中要求腰部回轉(zhuǎn)和手臂俯仰,加工范圍較大;盡可能減少機體空間更優(yōu);并要求進行電焊,因此對位置精度要求較高;焊槍要長時間工作。
因此選用方案二為最優(yōu)方案。
5、 擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備
設計軟件:AutoCAD、Pro/E。
6、 參考文獻
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年第4期
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[10]周驥平,林崗.機械制造自動化技術網(wǎng).北京:機械工業(yè)出版社,2007.
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注:
1、開題報告是本科生畢業(yè)設計(論文)的一個重要組成部分。學生應根據(jù)畢業(yè)設計(論文)任務書的要求和文獻調(diào)研結(jié)果,在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻按下列格式(A為期刊,B為專著)
A:[序號]、作者(外文姓前名后,名縮寫,不加縮寫點,3人以上作者只寫前3人,后用“等”代替。)、題名、期刊名(外文可縮寫,不加縮寫點)年份、卷號(期號):起止頁碼。
B:[序號]、作者、書名、版次、(初版不寫)、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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