1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作者姓名 學(xué)號(hào) 所學(xué)專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(xiàn)）背景和研究意義:隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，焊接機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。焊接機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)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(jī)械手的使用是非常高效的，因此需要設(shè)計(jì)出讓人跟滿意的焊接機(jī)械手。焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，既具有類似性，又有其獨(dú)特性。從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來看，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)可看作是一系列連桿通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、移動(dòng)關(guān)節(jié)連接起來的開式運(yùn)動(dòng)鏈。 與一般機(jī)構(gòu)相比，機(jī)械手的開鏈結(jié)構(gòu)型式具有靈巧性和空間可達(dá)性等，但由于開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實(shí)際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的，機(jī)械誤差和彈性變形的累計(jì)，影響機(jī)械手的剛度和精度。因此，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足強(qiáng)度要求，又要考慮剛度和精度。另一方面，機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)，是整個(gè)伺服系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分，無論是結(jié)構(gòu)的緊湊性、靈巧性，還是在運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能，都比一般機(jī)構(gòu)有更高的要求。焊接機(jī)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(diǎn)焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應(yīng)用較廣的點(diǎn)焊機(jī)器人，其本體形式為直角坐標(biāo)簡易型及全關(guān)節(jié)型。前者可具有 1～3 個(gè)自由度，焊件及焊點(diǎn)位置受到限制；后者具有 5～6 個(gè)自由度，能在可到達(dá)的工作區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整焊鉗姿態(tài)，以適應(yīng)多種形式結(jié)構(gòu)的焊接。對(duì)焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機(jī)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(jī)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(jī)器手控制器和示教盒組成，可按預(yù)先引導(dǎo)動(dòng)作記錄下信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行，當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代為感覺型，如有力覺觸覺和視覺等，它具有對(duì)某些外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整的能力，目前已進(jìn)入應(yīng)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(wù)，它尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。1、國外工業(yè)機(jī)器人的的發(fā)展2美國是機(jī)器人機(jī)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(tái)實(shí)用的示教再現(xiàn)機(jī)器人。經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，美國的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。日本在 1967 年從美國引進(jìn)第一臺(tái)機(jī)器人，1976 年以后，隨著微電子的快速發(fā)展和市場(chǎng)需求急劇增加，日本當(dāng)時(shí)勞動(dòng)力顯著不足，工業(yè)機(jī)器人在企業(yè)里受到歡迎，使其日本工業(yè)機(jī)器人得到快速發(fā)展，現(xiàn)在無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。德國引進(jìn)機(jī)器人的時(shí)間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動(dòng)力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會(huì)環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。目前，德國工業(yè)機(jī)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(jī)器人的發(fā)展我國工業(yè)機(jī)器人起步于 20 世紀(jì) 70 年代初期，我國于 1972 年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，隨著改革開放的不斷深入，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，我國機(jī)器人技術(shù)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(duì)工定機(jī)器人及零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴漆，點(diǎn)焊，弧焊和搬運(yùn)機(jī)器人。 ，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃開始實(shí)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(jī)器人。從 2O 世紀(jì) 9O 年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本轉(zhuǎn)變期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)了一大步，先后研制了點(diǎn)焊，弧焊，裝配，噴漆，切割，搬運(yùn)，碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國工業(yè)機(jī)器人還有很大差距。2、研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）研究目標(biāo)：完成焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究內(nèi)容：本設(shè)計(jì)研究焊接機(jī)械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。進(jìn)行機(jī)械手的原理方案設(shè)計(jì)，比較并提出系統(tǒng)的總體方案。根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 1.加強(qiáng)度現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中工業(yè)焊接機(jī)械手的理解2.設(shè)計(jì)前對(duì)機(jī)械手主要的知識(shí)認(rèn)知3.對(duì)焊接機(jī)械手的各主要組成部分的分析，設(shè)計(jì)方案的確定4.確定機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)35.對(duì)各主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析6.確定機(jī)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(guān)鍵問題1.選取機(jī)械手的坐標(biāo)形式及自由度；2 設(shè)計(jì)各機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：如點(diǎn)焊部分、手腕、手臂；3.傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；3、特色與創(chuàng)新之處通過本次對(duì)焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以縮短提升機(jī)設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用壽命，提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭能力。4、擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線先把本設(shè)計(jì)模塊化處理，它包含選型（坐標(biāo)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(xì)化每部分的設(shè)計(jì)思路如下表：1 2 3 4坐標(biāo)型式 直角坐標(biāo)式 圓柱坐標(biāo)式 球坐標(biāo)式 關(guān)節(jié)式腰部回轉(zhuǎn) 齒輪傳動(dòng) 蝸輪蝸桿 帶傳動(dòng)手臂俯仰 齒輪傳動(dòng) 蝸輪蝸桿 帶傳動(dòng)直線位移 齒條傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 氣壓傳動(dòng) 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(shè)計(jì)研究汽車車身焊接的機(jī)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(biāo)式機(jī)械手，蝸輪蝸桿傳動(dòng)，直線位移液壓傳動(dòng)，焊槍手臂結(jié)合吸附式。方案二：關(guān)節(jié)式機(jī)械手，齒輪傳動(dòng)，直線位移滾珠絲杠副。焊槍手臂夾持式。方案三：直角坐標(biāo)式機(jī)械手，齒輪傳動(dòng)，直線位移齒條傳動(dòng)，焊槍手臂結(jié)合夾持式。4方案四：球坐標(biāo)式機(jī)械手，齒輪傳動(dòng)，直線位移氣壓傳動(dòng)，焊槍手臂結(jié)合吸附式。本設(shè)計(jì)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(jī)體空間更優(yōu)；并要求進(jìn)行電焊，因此對(duì)位置精度要求較高；焊槍要長時(shí)間工作。因此選用方案二為最優(yōu)方案。5、擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備設(shè)計(jì)軟件：AutoCAD、Pro/E。6、參考文獻(xiàn)[1]李雷陣，胡小建，王求.《全國機(jī)械裝備先進(jìn)制造技術(shù){廣州)高峰論壇》.文集：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[2]李坤，楊家軍.《5 自由度焊接機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究》：機(jī)器人技術(shù)，機(jī)械工程師2007 年第 4 期[3]張建民.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》第三版.高等教育出版社[4]尹志強(qiáng).《系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》. 機(jī)械工業(yè)出版社[5]張利萍.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:1-402.[6]楊東邦.機(jī)械 CAD 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