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焊接机械手毕业设计【篇一：自动焊接机械手设计(毕业设计)】自动焊接机械手设计1绪论1.1 技术概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。1.2 现状及国内外发展趋势国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：(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，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。(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，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.3 “十五”目标及主要研究内容1.3.1 目标中国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3,即400多台。与世界机器人总装机台数75万台相比,中国总装机量仅占万分之十六。对中国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。机器人应用效果不理想,直接影响了用户使用更多机器人的信心。我国有组织有计划地发展机器人事业，应该说是从“七五”期间的科研攻关及实施“863计划”开始的，经过十几年来的研制、生产、应用,从纵向看，有了长足的进步。目前在一些机种方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人（水下、爬壁、管道、遥控等机器人），基本掌握了机器人操作机的设计制造技术，解决了控制，驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线（工作站）及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机器人焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破；于此同时造就了一支具有一定水平的技术队伍。无疑，从技术方面来说，我国的机器人技术在世界机器人界已有一席之地，奠定了独立自主发展中国机器人事业的基础；从社会经济角度来看，我国机器人技术的发展，为中、外机器人产品打开中国市场准备了物质和人员条件。根藉国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术，大力推进其产业化进程，力争在“十五”末期实现喷涂、焊接、装配等机器人的产业化。1.3.2 主要研究内容（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。焊接机器人(把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业)产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCd成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。(2)智能机器人开发研究遥控加局部自主系统构成和控制策略研究包括建模一遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实(vr)控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。智能移动机器人的导航和定位技术研究包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。面向遥控机器人的虚拟现实系统包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人(载体和机械手)几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于vr模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；Vr监控系统。人机交互环境建模系统包括Cad建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。基于计算机屏幕的多机器人遥控技术包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。(3)机器人化机械研究开发并联机构机床(vmt)与机器人化加工中心(rmc)开发研究包括vmt与rmc智能化结构实现技术；vmt与rmc关键传动实现技术；Vmt与rmc加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；vmt与rmc监控检测技术开发；vmt与mrc智能化开式cmc控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式CnC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；rmc智能控制理论；Vmt与rmc典型应用工程开发。机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。(4)以机器人为基础的重组装配系统开放式模块化装配机器人包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块Cad设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。面向机器人装配的设计技术【篇二：焊接机械手的结构毕业设计】焊接机械手的结构设计摘要本设计为焊接机械手的结构设计，主要研究内容：腰部回转机构的设计；大、小臂和腕部回转的结构设计。本设计由整体布局入手，参考现有关节型机械臂的相关设计，初步确定腰部的转动惯量，从而确定电机的选型，安装等相关设计。在机械臂的灵活和精度的前提下完成总体结构的设计，然后根据总体结构，从而确定本设计的机械臂各个主要零部件的设计。在主要零部件的设计中，主要包括腰部壳体的设计、轴的结构设计、轴承的选择、电机的设计计算、大小臂的结构和固定等。本设计整体在现有关节型机械臂的结构上做了修改，使得它能够更好的满足本设计的设计要求。本设计结构简单、重量轻、外形尺寸小、设备费用低、运转安全、操作方便、便于维修和管理。关键词：机械手；谐波减速器；结构设计abstractthedesignforthedesignofweldingstructureofthemanipulator,themainresearchcontents:thedesignofthewaistturningmechanism；structuredesignoflarge,smallarmandwristrotation.thisdesignbytheoveralllayoutwithreferencetotherelevantdesign,theexistingjointtypemanipulator,preliminarydeterminethemomentofinertiaofthewaist,soastodeterminethemotorselection,installationandotherrelateddesign,completethedesignoftheoverallstructureoftheflexiblemanipulatorbasedonprecisionandthenext,andthenbasedontheoverallstructure,designofmechanicalarmtodeterminethedesignofallthemajorcomponentsofthe.thedesignofthemaincomponents,includingthehousingdesign,structuraldesignofshaft,bearingselection,designandcalculationofthesizeofmotor,armstructureandfixed,thedesignofthewholemadechangesintheexistingjointtypemanipulatorstructure,sothatitcanbettermeetthedesignrequirementofthisdesign,thedesignhassimplestructure,lightweight,smallsize,lowcostofequipment,operationsafety,convenientoperation,easytorepairandmanagement.keywords：robotarm；harmonicdrive；structuredesign目录1绪论11.1 机器人简介.11.1.1 机器人的发展及应用21.1.2 点焊机器人介绍及其研究意义41.1.3 机器人的组成61.2 机械手的组成81.3 本文主要研究工作112机械手的总体结构122.1 机械手总体结构的类型122.2 设计具体采用方案133机械手腰部机座153.1 机械手腰部机座结构的设计153.2 机械手腰部机座设计的具体采用方案153.3 电动机的选择163.4 减速器的选择173.5 键的选择.»184机械手手臂的结构设计204.1 设计具体采用方案214.2 大臂电动机的选择214.3 大臂减速器的相关计算224.4 小臂电动机的选择234.5 小臂减速器的相关计算245机械手腕部的结构方案设计275.1 腕部电动机的选择275.2 腕部减速器的选择276轴承的选用与校核297结论39参考文献错误！未定义书签。致谢错误!未定义书签。毕业设计（论文）知识产权声明错误！未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明错误！未定义书签。1绪论1.1 机器人简介工业机器人（英语：industrialrobot。简称ir）是广泛适用的能够自主动作，且多轴联动的机械设备。它们在必要情况下配备有传感器，其动作步骤包括灵活的，转动都是可编程控制的（即在工作过程中，无需任何外力的干预）。它们通常配备有机械手、刀具或其他可装配的的加工工具，以及能够执行搬运操作与加工制造的任务。机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统1。”工业机器人在经历了长期发展后，已经成为制造业中不可缺少的核心设备。同时随着社会的发展和人们生活水平的提高，各种各样的机器人也被开发出来去适应制造领域意外的各个行业。这些机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势,仿形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途的特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。【篇三：焊接机械手机电一体化的毕业设计】第1节焊接机械手的总体方案设计1-1概述焊接是制造工业中最重要的工艺技术之一.它在机械制造,核工业,航空航天能源交通,石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广.随着科学技术的发展,焊接已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.传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量,数量要求.因此保证焊接产品质量的稳定性,提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题.从21世纪先进制造技术的发展要求看,焊接自动化生产已是必然趋势.焊接机器人主要优点如下：1）稳定和提高焊接质量,保证其均匀性；2）提高劳动生产率,一天可24小时连续生产3）改善工人劳动条件,可在有害环境下工作；4）降低对工人操作技术的要求；5）缩短产品改形换代的准备周期,减少相应的设备投资；6）可实现小批量产品的焊接自动化；7）能在空间站建设,核能设备维修,深水焊接等极限条件下完成人工难以进行的焊接作业.8）为焊接柔性生产线提供技术基础.焊接作为机械制造业中仅次与装备加工和切削加工的第三大加工作业,对其进行机器人柔性加工技术及其相关的控制器pc化,网络化和智能化的应用研究已成为焊接自动化发展的必然趋势.实现焊接自动化生产的意义和必要性：随着我国一步一步地走向国际市场大舞台和加入国际贸易组织,国内竞争和国际竞争的界限将越来越模糊,我国的经济发展和国际接轨是大势所趋,改变过去的生产方式和管理模式已迫在眉睫,这种改变不仅仅对大小型企业而言,对中型企业也将更加重要.1.2 基本技术参数设计根据任务的来源不同，按制造厂的产品规划或用户订货要求来确定。在总体方案设计阶段先要确定的主要参数有如下几种：（1）额定负载。额定负载是指在机器人规定的性能范围内，机械接口处所能承受负载的允许值。它主要根据作用于机械接口处的力和力矩，包括机器人末端执行器的质量、抓取工件的质量及惯性力（矩），外界的作用力（矩）（如切削机器人的切削力）来确定。（2）按作业要求确定工作空间，同时要考虑作业对象对机器人末端执行器的位置和姿态要求，以便为后续方案设计中的自由度设计提供依据。（3）额定速度。指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。应综合考虑作业效率要求、作业线协调生产要求、惯性力（矩）、驱动与控制方式、定位方式和精度要求等各种因素来确定。其中惯性力（矩）这一因素，由于机器人的总体结构尚未设计，故该阶段只能概略估计。（4）驱动方式的选择。目前所采用的方式是气压驱动、液压驱动、电动机驱动。此次设计选用的是步进、伺服电动机。步进电动机输出力较小，伺服电动机可大一些，适用于运动控制要求严格的中、小型机器人。控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境无影响。体积小，需减速装置。维修使用较复杂，成本较高，效率为0.5左右。（5）性能指标。按作业要求确定。一般指位姿准确度及位姿重复性（点位控制）、轨迹准确度及轨迹重复性（轨迹控制）、最小定位时间及分辨率等。同时还可对机械结构的刚度、关节几何运动精度等提出要求。1.3 焊接机器人的主要组成（1）机器人系统包括：由移动式或固定式的操作机、电源、控制系统以及操作并监控机器人的装置、外部设备或传感器的通讯接口所组成的机器人控制装置（硬件和软件）；末端执行器；机器人完成作业所需的外部设备、装置或传感器。所用的外部设备均由机器人的控制系统管理。（2）手臂和手腕是机器人操作机中的基本部件，它由旋转运动和往复运动的机构组成。其结构形式是多种多样的，但多数机器人的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般由310个自由度组成，工业机器人一般为36个自由度。由于机器人具有多自由度手臂、手腕的机构，使操作运动具有通用性和灵活性，这也是区别于一般自动机的特点。（3）机器臂的控制：在电动伺服系统中，驱动机械臂各关节的是步进电机或直流伺服电机。步进电机从驱动器得到一系列脉冲信号，每个脉冲信号使步进电机轴产生一定的角位移。一般不需要反馈回路和位置编码器，控制比较简单。采用直流伺服电机的控制系统以测速器和角度编码作为反馈装置，能够精确地控制机械臂关节轴的运动，它的工作状态平稳，旋转速度可以连续调节，对加速和减速指令都能迅速作出反应。（4）腕部机构支承机器人手部装置并调整其姿态，一般有23个自由度，使位于机械臂末端的手爪产生俯仰摆动和绕自身轴线的转动,这些运动的合成，使机器人的手部相对于操作对象形成灵活的工作姿态。（5）机器人的手部装置又称末端执行器。根据作业性质不同，机械臂末端的执行器有不同形式。1）焊接机器人和喷涂机器人的末端分别为固定焊枪和喷枪的夹具。2）搬运大件光整平板的机器人一般采用真空吸附式末端执行器，利用吸盘内压力与大气压力之间的差值产生吸附作用力。3）对于一般的物料搬运和装配机器人，末端执行器为种类繁多的机械夹持器，用机械手指的闭合和张开来夹紧和释放工件。4）运送铁磁物质的机器人还可以将电磁吸盘作为末端执行器。第2节焊接机器人底座的设计2.1 底座的工作方式机器人底座的结构设计要求：1）要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性。2）机座承受机器人全部重量和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力。3）机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大。因此机座与手臂的联接要有可靠的定位基准面，要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构。机器人的底座是由两部分组成的，分为上下两部分，下部分的作用是固定和支撑，属于不动体，用螺丝固于与地上；上部分是一个转台作用是支撑和旋转，带动大臂以上部分做旋转运动，是圆弧形的。上部分也称做腰部，腰部回转由一级齿轮传动和谐波齿轮组成，如底座部件图所示在结构布置上，电机、谐波减速器和小齿轮均在腰上随腰座一起回转；而大齿轮固定在机座上。这样布局对装饰、润滑方便，但增大了腰部回转的转动惯量。底座上使用的是阶梯轴，作用是传动转矩，把谐波减速器传出的转矩传动到小齿轮上，轴的上端和谐波减速器的柔轮相连，下端由键和小齿轮联结，谐波减速器的刚轮和谐波减速器的外壳联结，谐波减速器的外壳又和机器人的大臂用螺栓连接；当底座的电机工作时，谐波减速器的刚轮不动，柔轮动，柔轮又通过阶梯轴和小齿轮由键连接，所以带动小齿轮动，小齿轮又和大齿轮相啮合，大齿轮通过齿轮座固连于下底座上，所以小齿轮带着谐波减速器和机器人大臂以上的部件，绕着大齿轮做旋转运动。实现了焊接机器人绕Z向旋转的自由度。2.2 底座的电动机的选择步进电机从驱动器得到一系列脉冲信号，每个脉冲信号使步进电机轴产生一定的角位移。一般不需要反馈回路和位置编码器，控制比较简单。采用直流伺服电机的控制系统以测速器和角度编码作为反馈装置，能够精确地控制机械臂关节轴的运动，它的工作状态平稳,旋转速度可以连续调节，对加速和减速指令都能迅速作出反应。在机械手的电动机设计计算过程中，采用混合式步进电动机，混合式步进电动机即是一种兼有反应式（机械设计手册5版3584页）底座电机选用90byg5503型号，如下表：2.3 底座上谐波齿轮传动的设计(1)谐波减速器在机器人中的应用由于谐波减速器装置具有传动比大、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高，体积小，质量轻等优点，己广泛用于工业机器人中。此次设计中分别在底座，大臂，小臂上用了三个谐波减速器。目前工业机器人中常用的谐波减速器有三种型式。此次设计选用的是带杯形柔轮的谐波传动如图4-18a所示，是由三个基本构件组成的，带凸缘的环型刚轮6,杯形柔轮1和由柔性轴承5、椭圆盘4构成的波发生器，它通过端面牙嵌式联轴器3与输出轴套2相连。这种没有单独外壳的由三大基本构件形成一个组合件的结构形式，使传动装置的结构更为简化和紧凑。(2)谐波减速器工作原理谐波齿轮传动的工作原理如图416所示，若刚轮g为固定件，波发生器/为主动件，柔轮r为从动件。当将波发生器装入柔轮内孔时.由于波发生器两滚子外侧之间的距离略大于柔轮内孔直径，使原为圆形的柔轮产生弹性变形成为椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮齿完全啮合。同时，变形后柔轮短轴两端的齿则与刚轮齿完全脱开,其余各处的齿，则视回转方向不同分别处于“啮人”或“啮出”状态，当波发生器连续回转