買文檔就送您 CAD 圖紙，Q 號(hào)交流 197216396 或 11970985本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目： A-V6L 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系 別： 機(jī)電及自動(dòng)化工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 1目錄摘 要 3Abstract.41. 機(jī)器人概述 51.1 焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀 .51.1.1 國外焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀 .51.1.2 國內(nèi)焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀 .61.2 焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) .71.2.1 國外焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) .71.2.2 國內(nèi)焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) .71.3 我要研究什么 72. 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .82.1 焊接機(jī)器人構(gòu)成及工作原理 82.1.1 操作機(jī) 82.1.2 末端執(zhí)行器 .92.1.3 傳感器系統(tǒng) .92.2 焊接機(jī)器人分類 .102.3 A-V6L 主要參數(shù) .112.4 主要功能 122.5 主要結(jié)構(gòu)尺寸 .132.6 控制器 153. 動(dòng)力選擇 163.1 驅(qū)動(dòng)方式 163.1.1 液壓驅(qū)動(dòng) .163.1.2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) .163.1.3 電動(dòng)驅(qū)動(dòng) .173.2 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 .173.2.1 控制方式 .173.2.2 作業(yè)環(huán)境要求 183.2.3 操作運(yùn)行速度 18A-V6L 焊接機(jī)器人23.3 電機(jī) .183.4 電機(jī)的選擇 194. 關(guān)節(jié)設(shè)計(jì) 204.1 大臂設(shè)計(jì) 204.2 機(jī)座和腰部設(shè)計(jì) .214.3 諧波減速器 .224.3.1 諧波減速器工作原理 .224.3.2 諧波減速器的選擇 .224.4 圓柱齒輪傳動(dòng) .245. 機(jī)器人軸承設(shè)計(jì) .285.1 工業(yè)機(jī)器人專用軸承結(jié)構(gòu)形式 .285.2 工業(yè)機(jī)器人專用軸承特點(diǎn) .295.2.1 薄壁密封四點(diǎn)接觸球軸承特點(diǎn) .295.2.2 薄壁密封交叉滾子軸承特點(diǎn) 295.3 薄壁四點(diǎn)接觸琢軸承設(shè)計(jì) 295.3.1 主參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 295.3.2 約束條件 .305.3.3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 306.機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制 .326.1 運(yùn)動(dòng)學(xué) 326.1.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 .326.1.2 正向運(yùn)動(dòng)學(xué) 336.2 運(yùn)動(dòng)控制 366.2.1 工業(yè)機(jī)器人控制的特點(diǎn) .366.2.2 工業(yè)機(jī)器人控制的分類 376.2.3 位置控制問題 387.總結(jié) .40致謝辭 .41參考文獻(xiàn) .43附： .443摘 要隨著科技的發(fā)展和工業(yè)需求的增加，焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中所占據(jù)的分量越來越大，而且焊接技術(shù)的優(yōu)良程度直接影響著零件或產(chǎn)品的質(zhì)量。國內(nèi)焊接機(jī)器人應(yīng)用雖已具有一定規(guī)模，但與我國焊接生產(chǎn)總體需求相差甚遠(yuǎn)。因此，大力研究并推廣焊接機(jī)器人技術(shù)勢(shì)在必行。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是運(yùn)用機(jī)械原理和機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)焊接機(jī)器人的實(shí)踐和方法。本次設(shè)計(jì)實(shí)踐，是在了解焊接機(jī)器人在國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)而掌握焊接機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)機(jī)座和大臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。合理布置了電機(jī)和減速器。同時(shí)了解機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制學(xué)。為工業(yè)上焊接機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供理論參考、設(shè)計(jì)參考和數(shù)據(jù)參考，為工業(yè)設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐的參考。該機(jī)器人具有剛性好，位置精度高、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。關(guān)鍵字：焊接 機(jī)器人A-V6L 焊接機(jī)器人45AbstractWith the development of science and technology and industry increased the demand for welding technology in the industrial production by increasing the weight of occupation, and the fine degree of welding technology with a direct impact on the quality of parts or products. Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but overall demand in China falls far short of welding production. Therefore, the strong research and technology is imperative to promote welding robot.The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment designed practice welding robot and methods. The design practice and understanding of welding robot in the status quo at home and abroad on the basis of the welding robot to grasp the internal structure and working principle of the arm base and the structural design. Rational arrangement of the motor and reducer. Mechanical systems at the same time understand the robot kinematics and motion control school. Welding robot for industrial design and provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers design theory and practice of the reference design. The robot has a rigid, and the location of high precision, smooth running characteristics.Keywords: welding robotA-V6L 焊接機(jī)器人61. 機(jī)器人概述1.1 焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀1.1.1 國外焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。國外專家對(duì)世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從 20 世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢(shì)頭。進(jìn)入 90 年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在 10%左右，2000 年增長率上升到 15%，預(yù)計(jì) 21 世紀(jì)初，工作在各領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人將突破 100 萬臺(tái)。正如2l 世紀(jì)日本創(chuàng)建機(jī)器人社會(huì)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告指出， “機(jī)器人技術(shù)（RT）與信息技術(shù)（IT ）一樣，在強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面是極為重要的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域。培育未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是支撐 2l世紀(jì)日本產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略之一，具有非常重要的意義。 ”最近，韓國也將智能機(jī)器人作為十大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一列入國家發(fā)展規(guī)劃（20032007 年） ，現(xiàn)正在實(shí)施中。 機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。主要進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等復(fù)雜作業(yè)。目前，全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人 83 萬臺(tái)。過去 10 年，機(jī)器人的價(jià)格降低約 80%，現(xiàn)在繼續(xù)下降，而歐美勞動(dòng)力成本上漲了 40%。現(xiàn)役機(jī)器人的平均壽命在 10 年以上，可能高達(dá) 15 年，它們還易于重新使用。由于機(jī)器人及自動(dòng)化成套裝備對(duì)提高制造業(yè)自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、改善勞動(dòng)條件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的迅速提升，世界機(jī)器人的占有量越來越大。僅 2001 年機(jī)器人安裝量為 7.8 萬臺(tái)套，年增長率 9%。機(jī)器人的應(yīng)用主要有兩種方式，一種是機(jī)器人工作單元，另一種是帶機(jī)器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的主要方式。以機(jī)器人為核心的自動(dòng)化生產(chǎn)線適應(yīng)了現(xiàn)代制造業(yè)多品種、少批量的柔性生產(chǎn)發(fā)展方向，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景和強(qiáng)勁生命力，已開發(fā)出多種面向汽車、電氣機(jī)械等行業(yè)的自動(dòng)化成套裝備和生產(chǎn)線產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，年市場(chǎng)容量約為 1000 億美元。像國際上著名公司ABB、Comau、KUKA、BOSCH、NDC 、SWISSLOG、村田等都是機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線及物流與倉儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備的集成供應(yīng)商。 據(jù)日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，早期的日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值約為 50 億日元，經(jīng)過 70 年代的應(yīng)用期和 80 年代的普及期，1981 年產(chǎn)值達(dá)到 1000 億日元，到 1991 年提高到 6000 億日元，到 20007年，其產(chǎn)值達(dá)到 10800 億日元，2005 年將達(dá)到 18500 億日元。 據(jù)國際機(jī)器人協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2003 年工業(yè)機(jī)器人發(fā)貨量呈現(xiàn)強(qiáng)勁增長勢(shì)頭。與 2002 年相比，2003年全球范圍內(nèi)機(jī)器人的訂貨量增長約 10%以上。預(yù)計(jì)，工業(yè)機(jī)器人的世界市場(chǎng)將從2002 年的 68600 臺(tái)套增長到 2006 年的 91100 多臺(tái)套，年平均增長 7.4%。1.1.2 國內(nèi)焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀 我國的機(jī)器人研究開發(fā)工作始于 20 世紀(jì) 70 年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了 30 年的歷程。前 10 年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985 年后開始列入國家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。特別是在“七五” 、 “八五” 、 “九五”機(jī)器人技術(shù)國家攻關(guān)、 “863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，我國的機(jī)器人技術(shù)取得了重大發(fā)展。 在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。 在機(jī)器人的單元技術(shù)和基礎(chǔ)元部件的研究開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、液壓（氣動(dòng)）元部件、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、諧波減速器、RV 減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等均開發(fā)出一些樣機(jī)或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還幸歡尉嗬搿?br 在機(jī)器人控制裝置的研制方面：已開發(fā)出具有雙 CPU、多CPU 和分級(jí)分層控制的機(jī)器人控制裝置多臺(tái)，主控計(jì)算機(jī)的檔次也逐漸升級(jí)。在機(jī)器人操作機(jī)研制方面：已開發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如 AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車） ，壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為±O.024mm 的裝配機(jī)器人，可潛入海底6000m 的水下機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)遙控機(jī)器人，主從操作機(jī)器人等，有些已達(dá)實(shí)用化水平并用于實(shí)際工程。在機(jī)器人的應(yīng)用工程方面：目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機(jī)器人工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力，整體性能已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價(jià)格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價(jià)格比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， “九五”期間，我國工業(yè)機(jī)器人的需求量以每年 30以上的速度增長。 2000 年，我國工業(yè)機(jī)器人的擁有量約為 3500 臺(tái)，其中以點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運(yùn)、沖壓等各類機(jī)器人為主，銷售額為67 億元。19862000 年產(chǎn)品銷量如表 3 所示。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，我國機(jī)器人2005 年擁有量將增至 7600 臺(tái)，年銷售額為 28.7 億元；2010 年擁有量為A-V6L 焊接機(jī)器人817300 臺(tái)，年銷售額為 93.1 億元。根據(jù)發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級(jí)的歷程和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)，到 2015 年中國機(jī)器人市場(chǎng)的容量約達(dá)十幾萬臺(tái)套。 1.2 焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國外焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成。因此它的發(fā)展與上述學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。機(jī)器人應(yīng)用從傳統(tǒng)制造業(yè)向非制造業(yè)轉(zhuǎn)變，向以人為中心的個(gè)人化和微小型方向發(fā)展，并將服務(wù)于人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域?？傏厔?shì)是從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)（RT）概念轉(zhuǎn)移；從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決工程應(yīng)用方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)（RT ）的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)在動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)。 ”目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和智能化等方面。1.2.2 國內(nèi)焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)我國近幾年機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)化線的市場(chǎng)也會(huì)越來越大，并且逐漸成為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要方式。我國機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線裝備的市場(chǎng)剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時(shí)期，這就給機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機(jī)。據(jù)預(yù)測(cè)，目前我國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動(dòng)化線就達(dá) 300 多條，產(chǎn)值約為 60 多億元人民幣。預(yù)計(jì)在 2005 年左右需求此類自動(dòng)化生產(chǎn)線達(dá)到 600 條。據(jù)初步測(cè)算， “十一五”期間汽車制造業(yè)的需求市場(chǎng)容量將達(dá)到 800 多億元人民幣。我國現(xiàn)有主要生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人廠家其生產(chǎn)規(guī)模較小，這與當(dāng)前市場(chǎng)需求有較大差距。1.3 我要研究什么基于現(xiàn)狀，我要設(shè)計(jì)的是 A-V6L(加長規(guī)格)型機(jī)器人。掌握機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)研究 A-V6L(加長規(guī)格)型焊接機(jī)器人的機(jī)座、腰部和大臂的傳動(dòng)結(jié)9構(gòu)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我熟練學(xué)習(xí)了 CAD 制圖軟件的使用，并能進(jìn)一步解決設(shè)計(jì)中遇到的問題，除明確了機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還掌握了一些尺寸、形位公差標(biāo)注的技巧。2. 機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 焊接機(jī)器人構(gòu)成及工作原理現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的焊接機(jī)器人是屬于第一代工業(yè)機(jī)器人，它的的基本工作原理是示教在現(xiàn)。從功能角度分析可將機(jī)器人分解成四個(gè)部分：操作機(jī)、末端執(zhí)行器、傳感系統(tǒng)、控制器。2.1.1 操作機(jī)操作機(jī)由機(jī)座、手臂和手腕、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成，其功能是使手腕具有某種工作空間，并調(diào)整手腕使末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)要求的動(dòng)作。1. 機(jī)座機(jī)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 要有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定性。 機(jī)座承受機(jī)器人全部重力和工作載荷，應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。 機(jī)座軸系及傳動(dòng)鏈的精度和剛度對(duì)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)精度影響最大。因此機(jī)座與手臂的聯(lián)接要有可靠的定位基準(zhǔn)面，要有調(diào)整軸承間隙和傳動(dòng)間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。2. 手臂工業(yè)機(jī)器人的臂部一般具有 23 個(gè)自由度。臂部的總重量較大，受力一般較復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接受腕部、手部和工件的靜、動(dòng)載荷，尤其是高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生較大的慣性力（或慣性力矩） ，引起沖擊，影響定位的精確性。臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式、抓取重量、動(dòng)作自由度、運(yùn)動(dòng)精度等因素來確定。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況，因此臂部設(shè)計(jì)時(shí)一般要注意： 剛度要求較高 導(dǎo)向性好 重量要輕 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高3. 手腕A-V6L 焊接機(jī)器人10工業(yè)機(jī)器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。手腕的設(shè)計(jì)要求有： 由于手腕處于手臂末端，為減輕手臂的載荷，應(yīng)力求手腕部件的結(jié)構(gòu)緊湊，減小其質(zhì)量和體積。為此腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置多采用分離傳動(dòng)，將驅(qū)動(dòng)器安裝在手臂的后端。 手腕部件的自由度越多，各關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍就越大，其動(dòng)作的靈活性也就越高，機(jī)器人對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也就越強(qiáng)。但增加手腕自由度，會(huì)使手腕結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)控制難度加大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)盲目增加手腕的自由度數(shù)。 為提高手腕動(dòng)作的精確性。應(yīng)提高傳動(dòng)的剛度，應(yīng)盡量減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中由于間隙產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)回差。 對(duì)手腕回轉(zhuǎn)各關(guān)節(jié)軸上要設(shè)置限位開關(guān)和機(jī)械檔塊，以防止關(guān)節(jié)超限造成事故。2.1.2 末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人的手部也叫末端執(zhí)行器，它是安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。工業(yè)機(jī)器人手部的特點(diǎn)如下： 手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機(jī)械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象不同時(shí)，可以方便的拆卸和更換手部。 手部是工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器。它可以像首那樣的具有手指，也可以是不具備手指的手，可以是類人的手爪，也可以是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具，比如裝在機(jī)器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。 手部的通用性比較差。工業(yè)機(jī)器人的手部通常是專用的裝置，比如：一種手爪往往只能抓握一種或幾種形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)。 手部是一個(gè)獨(dú)立的部件。2.1.3 傳感器系統(tǒng)要機(jī)器人與人一樣有效的完成工作，對(duì)外界狀況進(jìn)行判斷的感覺功能是必不可少的。因此傳感器系統(tǒng)是也很重要。與機(jī)器人控制最緊密相關(guān)的是觸覺。視覺適合于檢測(cè)對(duì)象是否存在，檢測(cè)其大概的位置、姿勢(shì)等狀態(tài)。相比之下，觸覺協(xié)助視覺，能夠檢測(cè)出對(duì)象更細(xì)微的狀態(tài)。11選擇機(jī)器人的傳感器完全取決于機(jī)器人的工作需要和應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人感覺系統(tǒng)的要求是選擇機(jī)器人傳感器的基本依據(jù)。機(jī)器人對(duì)傳感器的一般性能要求如下： 精度高、重復(fù)性好。機(jī)器人能否準(zhǔn)確無誤的正常工作，往往取決于所用的傳感器的測(cè)量精度。 穩(wěn)定性和可靠性好。保證機(jī)器人能夠長期穩(wěn)定可靠的工作，盡可能避免在工作中出現(xiàn)故障。 抗干擾能力強(qiáng)。工業(yè)機(jī)器人的工作環(huán)境往往比較惡劣，其所用的傳感器應(yīng)能承受一定的電磁干擾、振動(dòng)、能在高溫、高壓、高污染環(huán)境中正常工作。 質(zhì)量輕、體積小、安裝方便。2.2 焊接機(jī)器人分類根據(jù)焊接機(jī)器人的三大部分來源，我們可將機(jī)器人分為： A-V6L 焊接機(jī)器人122.3 A-V6L 主要參數(shù) A-V6L 主要參數(shù)：（本體的動(dòng)作范圍/規(guī)格）項(xiàng)目 規(guī)格名稱 NV6L構(gòu)造 垂直多關(guān)節(jié)軸數(shù) 6Kg最大可載能力 ±0.08mm位置重復(fù)精度 AC 伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5000W13驅(qū)動(dòng)容量位置數(shù)據(jù)反饋 絕對(duì)值編碼器J1 ±170°（± 50°）J2 -155°+100°J3 -170°+260J4 ±180°J5 -50°+230動(dòng)作范圍J6 ±360°J1 3.40rad/s195°/s 3.05rad/s175/sJ2 3.49rad/s200°/sJ3 3.49rad/s200°/sJ4 7.33rad/s420°/sJ5 7.33rad/s420°/s最大速度J6 10.82rad/s620°/sJ4 11.8NmJ5 9.8Nm允許扭矩J6 5.9NmJ4 0.30KgJ5 0.25Kg允許慣性矩 J6 0.06Kg機(jī)器人動(dòng)作范圍橫截面面積 7.57*340°周圍溫度、濕度 0-45、20-80%RH本體重量 280Kg第 3 軸可載能力 20Kg安裝方法 地面、側(cè)掛、吊裝原點(diǎn)復(fù)元 不需要本體顏色 臂：白色，基座：藍(lán)色2.4 主要功能采用焊接機(jī)器人的目的有很多方面，甚至在不同時(shí)期有不同的主要目的，但無A-V6L 焊接機(jī)器人14論是什么目的，最終都是要從中獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。各企業(yè)應(yīng)按本廠的情況來考慮采用焊接機(jī)器人的主要目的。根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)過程自動(dòng)化的目的歸納起來大體上有如下幾個(gè)方面。A 提高焊接生產(chǎn)效率采用氣體保護(hù)焊的機(jī)器人焊接可比采用手工半自動(dòng)氣體保護(hù)焊的效率高出 2-4倍，也可能比采用焊接專機(jī)的效率高。但必須明確，并不是凡是用了機(jī)器人效率必然會(huì)提高很多。是否能提高效率，提高多少，取決于如下多方面的因素：1. 燃弧時(shí)間與總周期時(shí)間之比（燃弧率）2. 焊縫的尺寸和長度3. 焊接中工件需要變位的次數(shù)4. 起焊前需要尋位和焊接中需要電弧跟蹤的焊縫數(shù)量5. 可選擇的焊接參數(shù)的范圍B 保持焊接參數(shù)一致及提高焊接質(zhì)量穩(wěn)定性焊接時(shí)參數(shù)的穩(wěn)定一致與焊接質(zhì)量的穩(wěn)定一致有著很密切的聯(lián)系。采用焊接機(jī)器人，焊接參數(shù)是由機(jī)器人控制柜來控制的，因此焊出的全部焊縫的尺寸都能滿足工藝規(guī)程的要求，而手工焊經(jīng)常會(huì)焊出尺寸過大或不足的焊縫。C 使焊接生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化機(jī)器人與其它機(jī)械化自動(dòng)化設(shè)備相比的最大特點(diǎn)在于它能夠重新編程以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)。若機(jī)器人控制柜的存儲(chǔ)單元有足夠的容量就可以儲(chǔ)備多套程序供調(diào)用。D 改善勞動(dòng)安全衛(wèi)生條件國家對(duì)勞動(dòng)環(huán)境的要求越來越高，而焊接本身（包括電弧焊、點(diǎn)焊、等離子弧焊和切割、激光焊接和切割等）又是一種有強(qiáng)光、熱輻射、飛濺和有害煙塵危害的、勞動(dòng)環(huán)境比較差的工作。改善焊接車間的勞動(dòng)環(huán)境是一件需要不斷努力的事。另外，焊接機(jī)器人工作站都設(shè)置防護(hù)圍欄和安裝安全保護(hù)設(shè)施，而且重型工件的變位都是由變位機(jī)自動(dòng)進(jìn)行的，不需要操作人員介入，使勞動(dòng)安全更有保障。從長遠(yuǎn)來看，由于勞動(dòng)環(huán)境的改善，使勞動(dòng)者更健康，工作效率更高，減少傷病，降低醫(yī)療費(fèi)用，其間接經(jīng)濟(jì)效益是應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)和估量的。E 增強(qiáng)生產(chǎn)管理的計(jì)劃性和可預(yù)見性由于機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的自動(dòng)化機(jī)器，每一工作周期的時(shí)間是一定的。15無論天氣有多熱，工作時(shí)間有多長，工件預(yù)熱溫度有多高，焊接機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是始終一成不變的。所以采用焊接機(jī)器人后，生產(chǎn)計(jì)劃比較好安排，產(chǎn)量也容易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，再也用不著象以往用手工焊時(shí)那樣，每到月底要加班加點(diǎn)搶進(jìn)度了。機(jī)器人焊接的這一優(yōu)點(diǎn)，對(duì)小批量、多品種生產(chǎn)的計(jì)劃安排是非常有利的。F 可準(zhǔn)確預(yù)算材料的消耗量和生產(chǎn)成本焊接機(jī)器人的燃弧率可高達(dá) 85%以上，還能夠采用較高的送絲速度（較大的焊接電流）進(jìn)行焊接，焊絲的消耗速度較手工半自動(dòng)焊快。由于焊接參數(shù)是由機(jī)器控制，無論是焊絲消耗量、氣體消耗量還是每天導(dǎo)電嘴的更換次數(shù)等都能夠較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而能更有效地控制生產(chǎn)成本。另一方面，工廠可以根據(jù)焊絲的消耗速度來決定是采用盤裝焊絲還是桶裝焊絲。如果一盤焊絲只能用三個(gè)小時(shí)，每班要更換兩次焊絲盤，每換一次焊絲盤一般需要 20min 左右的時(shí)間在換焊絲盤上，這時(shí)機(jī)器，每天就要花 40min 人不能工作，生產(chǎn)效率會(huì)受影響。在這種情況下，應(yīng)該盡可能采用的桶裝焊絲，而且桶裝焊絲的價(jià)格比盤裝焊絲便宜一些?？梢姡瑱C(jī)器人不僅焊接效率高，而且使材料消耗可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還能用桶裝焊絲來降低消耗材料的成本?？墒?，這一優(yōu)點(diǎn)往往被忽視。2.5 主要結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù) A -V6L 型焊接機(jī)器人的主要參數(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)如下尺寸：A-V6L 焊接機(jī)器人16圖 2-1 主要結(jié)構(gòu)尺寸圖 2-2 工作范圍172.6 控制器任何控制都必須要有被控對(duì)象和控制裝置為前提。被控對(duì)家包括應(yīng)按照給定任務(wù)發(fā)生作用的元件。這種作用所必需的信號(hào)在控制裝置中編定。工業(yè)機(jī)器人的被控對(duì)象帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械操作機(jī)習(xí)以比作為有肌肉的支撐骨架。帶存儲(chǔ)裝置的控制裝置履行機(jī)器入腦子的功能。第一代工業(yè)機(jī)器人的控制裝置比較簡單，它不需要接受感受器官傳來的信息加以分析并采取決策，它的職能是不變地重復(fù)惑入存儲(chǔ)器內(nèi)由空間位移座標(biāo)和工藝操作的指令所組成的程序。3K 外，控制裝置還要使機(jī)器人的動(dòng)作同被控設(shè)備協(xié)調(diào)一致，并為戊目的在聯(lián)鎖信號(hào)電乎上同其實(shí)行相互聯(lián)系。另外，更為高級(jí)的裝置可以執(zhí)行自適應(yīng)的基本功能：從已有的一組程序中自動(dòng)選擇另一種程序；找出制品相應(yīng)的空間點(diǎn)；校正從一循環(huán)到下一循環(huán)的程序。工業(yè)機(jī)器人控制裝置與傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)不同，它許可應(yīng)用稱又示教的簡單程序編制。因此，雖然工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)同其類似系統(tǒng)比較更為復(fù)雜一些，但它的使用卻較為簡單。從總體上百控制系統(tǒng)方框圖(圖 8a)包括存儲(chǔ)裝置 3y，控制裝置YY，幾個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置 Y按受控座標(biāo)的數(shù)量，還有示教裝置 yO。當(dāng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為示教工況時(shí)，示教裝置接入控制系統(tǒng)。這時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)變?yōu)橛刹僮魅藛T作閉環(huán)的手工控制隨動(dòng)系統(tǒng)。在機(jī)器人中采用各種各樣的控希 0 系統(tǒng)：點(diǎn)位的和輪廓的，同步的和異步的，數(shù)字的和模擬的?？刂葡到y(tǒng)的具體方案取決于機(jī)器人使用的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)要求，首先是工藝任務(wù)的特點(diǎn)。點(diǎn)位系統(tǒng) 大多數(shù)生產(chǎn)對(duì)象的運(yùn)輸操作或固定式設(shè)備的操縱只要求對(duì)象以給定的精度定位，也就是以一定方向布置在空間的有限數(shù)點(diǎn)上。在給定的位置之間，按怎樣的軌跡怎么移動(dòng)無關(guān)緊要。為了完成這些操作采用點(diǎn)位系統(tǒng)助工業(yè)機(jī)器人。點(diǎn)位控制系保證程序的邏輯順民在程序中機(jī)器人各個(gè)座標(biāo)的驅(qū)動(dòng)裝置起著作用；在程序的每一步中給定沿每一座標(biāo)軸的必需位移值；向被控設(shè)備發(fā)指令以完成該相應(yīng)位置上的工藝操作。在空間中點(diǎn)的地位取決于幾個(gè)矢量。這種矢量分別為機(jī)器人各座標(biāo)鈾的分矢量給出方位和沿每個(gè)座標(biāo)軸的位移值。方位決定座標(biāo)餡和播座標(biāo)稿運(yùn)動(dòng)效方向， ，給定局的滴勢(shì)值冉驅(qū)動(dòng)裝置完成。A-V6L 焊接機(jī)器人183. 動(dòng)力選擇3.1 驅(qū)動(dòng)方式工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種基本類型。根據(jù)需要也可以采用由這三種基本驅(qū)動(dòng)類型組合成的復(fù)合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3.1.1 液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 輸出功率：很大，壓力范圍為 50-1400N/c, 液體的不可壓縮性 控制性能：控制精度較高，輸出功率大?？蔁o極調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 響應(yīng)速度：很高 結(jié)構(gòu)性能及體積：結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大 安全性：防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 對(duì)環(huán)境的影響：液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍：適用于重載，低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、重載電焊機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人 成本：液壓元件成本較高 維修及使用：方便，但對(duì)油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求3.1.2 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 輸出功率：大，壓力范圍為 40-60N/c,最大可達(dá) 100N/c 控制性能：氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制。難以實(shí)現(xiàn)伺服控制響應(yīng)速度：較高 結(jié)構(gòu)性能及體積：結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 安全性：防爆性能較好，高于 1000 kpa(10 個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 對(duì)環(huán)境的影響：排氣時(shí)有噪聲 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍：適用于中小負(fù)載，快速驅(qū)動(dòng)，精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人。如沖壓機(jī)器人、機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人19氣動(dòng)夾具 成本：成本低 維修及使用：方便3.1.3 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： 輸出功率：較大 控制性能：控制精度較高，輸出功率大。能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度：很高 結(jié)構(gòu)性能及體積：伺服系統(tǒng)易于標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低。惦記一般需要配置減速裝置，除 DD 電機(jī)外，難以進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題 安全性：設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)。直流有刷電機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響：無 在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用范圍：適用于中小負(fù)載，具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度，速度較高的機(jī)器人。如 AC 伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本：成本高 維修及使用：較復(fù)雜3.2 工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選用，應(yīng)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的性能要求、控制功能、運(yùn)行的功耗、應(yīng)用環(huán)境及作業(yè)要求、性能價(jià)格比以及其他因素綜合加以考慮。在充分考慮到各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在保證工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范、可行性和可靠性的前提下，做出決定。一般情況下，各種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則有以下三種：3.2.1 控制方式物料搬運(yùn)（包括上、下料） 、沖壓用的有限點(diǎn)位控制程序控制機(jī)器人、低速重負(fù)載的可選用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；中等負(fù)載的可選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；輕負(fù)載、高速的可選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。沖壓機(jī)器人多選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。用于點(diǎn)焊、弧焊及噴涂作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，要求具有任意點(diǎn)位和連續(xù)軌跡控制功能，需采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如：電液伺服和電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在要求控制精度較高A-V6L 焊接機(jī)器人20如點(diǎn)焊、弧焊等工業(yè)機(jī)器人時(shí)，多采用電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。負(fù)重載的搬運(yùn)機(jī)器人及須防爆的噴涂機(jī)器人可采用電液伺服控制。3.2.2 作業(yè)環(huán)境要求從事噴涂作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，由于工作環(huán)境需要防爆，考慮到其防爆性能，多采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和具有本征防爆的交流電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。水下機(jī)器人、核工業(yè)專用機(jī)器人、空間機(jī)器人以及在腐蝕性、易燃易爆氣體、放射性物質(zhì)環(huán)境中工作的移動(dòng)機(jī)器人，一般采用交流伺服驅(qū)動(dòng)。如要求在潔凈的環(huán)境中使用，則多要求采用直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3.2.3 操作運(yùn)行速度對(duì)于裝配機(jī)器人，由于要求其具有很高的點(diǎn)位重復(fù)精度和較高的運(yùn)行速度，通常在運(yùn)行速度相對(duì)較低（4.5m/s）的情況下，可采用 AC、DC 或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在速度、精度要求都很高的條件下，多采用直接驅(qū)動(dòng)（DD）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。3.3 電機(jī)機(jī)器人電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力直接或者間接的由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)。適合于工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)包括需要的的最大功率/質(zhì)量比、扭矩/慣量比、高起動(dòng)力矩，低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別像是機(jī)器人末端執(zhí)行器應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有很大的短時(shí)過載能力。這是伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的先決條件。機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求是： 快速性 起動(dòng)力矩/ 慣量比大 控制特性的連續(xù)性和直線性 調(diào)速范圍寬 體積小、質(zhì)量下、軸向尺寸短 能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件 高可靠性工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所采用的電動(dòng)機(jī)，可細(xì)分為以下幾種：21 直流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（DD ）3.4 電機(jī)的選擇設(shè)兩臂及手腕繞各自重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為JG1、JG2、JG3，根據(jù)平行軸定理可得繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:（3-232211 lmJlJlmJGGG1）、 、 分別為10kg、5kg、12kg。 、 、 分別為重心到第一關(guān)節(jié)軸的距m23 1l23l離，其值分別為300mm、700mm、1500mm，在式（3-1）中 、211lJG、 故 、 、 可忽略不計(jì)。所以繞第一關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)22lJG233lJG1GJ2GJ動(dòng)慣量為：（3-2321lmll2）= 2225.17.05.=3kg同理可得小臂及腕部繞第二關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:25342lmlJ= 8.01.= 28kg式中： 小臂重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 。4l m 腕部重心距第二關(guān)節(jié)軸的水平距離 。5設(shè)主軸速度為219°/s，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的轉(zhuǎn)矩可表示如下（3-JT3）式中： 旋轉(zhuǎn)開始的轉(zhuǎn)矩 TmN角加速度 w2/sradA-V6L 焊接機(jī)器人22使機(jī)器人主軸從 到 /s所需時(shí)間為: 則：0w2191ts011.355.6TJ Nmt若考慮繞機(jī)器人手臂的各部分重心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩，則旋轉(zhuǎn)開始時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可假定為 2Nm電動(dòng)機(jī)的功率可按下式估算（3-LPmPM)5.1(4）式中： 電動(dòng)機(jī)功率 ；mW負(fù)載力矩 ；LPmN負(fù)載轉(zhuǎn)速 ；srad/傳動(dòng)裝置的效率，初步估算取 0.9；系數(shù) 1.42.5 為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取 1.4WPm7139.08214.估算 后就可選取電機(jī)，使其額定功率 滿足下式rP（3-5）rm選擇 SAGMAH 型伺服電機(jī)表 3-1 SAGMAH 型伺服電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)功率（W）額定電壓（V）額定電流（A）額定轉(zhuǎn)速（r/min）濾磁方式 絕緣等級(jí)工作制（min）750 24 46.2 3000 串勵(lì) B 604. 關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)4.1 大臂設(shè)計(jì)大臂的材料采用鋁合金材料，方形結(jié)構(gòu)，臂厚 5mm 左右。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖（圖 4-1）所示：23圖 4-1 機(jī)器人大臂4.2 機(jī)座和腰部設(shè)計(jì)機(jī)座和腰部的材料采用鋁合金材料，方形結(jié)構(gòu)，臂厚 5mm 左右。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖（圖 4-2）所示：A-V6L 焊接機(jī)器人24圖 4-2 機(jī)器人機(jī)座和腰部4.3 諧波減速器4.3.1 諧波減速器工作原理圖 4-3 諧波齒輪減速器諧波傳動(dòng)是利用一個(gè)構(gòu)件的可控制的彈性變形來實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞。諧波傳動(dòng)通常由三個(gè)基本構(gòu)件( 俗稱三大件 )組成(如圖 4-3 所示)，包括一個(gè)有內(nèi)齒的剛輪，一個(gè)工作時(shí)可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個(gè)裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有滾動(dòng)軸承的波發(fā)生器。柔輪的外齒 少于剛輪的內(nèi)齒 。在波發(fā)gZbZ生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相應(yīng)于長軸方向的柔輪外齒正好完全嚙入剛輪的內(nèi)齒；在短軸方向，則外齒全脫開內(nèi)齒。當(dāng)剛輪固定，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的外齒將依次嚙入和嚙出剛輪的內(nèi)齒，柔輪齒圈上的任一點(diǎn)的徑向位移將呈近似于余弦波形的變化，所以這種傳動(dòng)稱作諧波傳動(dòng)?？梢钥闯?，由于 ，故當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)過一周 (360。)時(shí)gZb柔輪相對(duì)于剛輪則反方向轉(zhuǎn)過 周( )。如果波發(fā)生器與主動(dòng)gZ軸(如電機(jī))相聯(lián)，柔輪與從動(dòng)軸相連，在剛輪固定時(shí)，就可得到減速比為 i- 的減速傳動(dòng)，由于 很小(通常為 2，4)，故 i 反大，一般為 50 一Zg300，減速效果可與少齒行星專動(dòng)相媲美。4.3.2 諧波減速器的選擇1諧波傳動(dòng)的技術(shù)數(shù)據(jù)商品化的諧波傳動(dòng)裝置有兩種類型，即三大件和由三大件裝配而成的減速器。對(duì)操作機(jī)來說，最常選用的是三大件，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)配置于各轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，這樣可以構(gòu)造出結(jié)構(gòu)十分緊湊的傳動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)三大件來說(對(duì)減速器也適用) 通常有兩種技術(shù)數(shù)據(jù)：運(yùn)動(dòng)、力和精度方面的數(shù)據(jù)和尺寸方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可在有關(guān)產(chǎn)品25樣本中查得，或向廠家索取。下面簡要介紹幾個(gè)與諧波傳動(dòng)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)。圖 4-4 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速與時(shí)間關(guān)系曲線a.轉(zhuǎn)矩-時(shí)間 b.轉(zhuǎn)速-時(shí)間(1)平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩 、平均轉(zhuǎn)速 和當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 。對(duì)經(jīng)常vTvneqT處于起動(dòng)、等連相減速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人操作機(jī)來說，其典型的轉(zhuǎn)短時(shí)間相速度時(shí)間關(guān)系曲線如圖 4-4 所示， ， ， 的計(jì)算如下：vneqmNnTstttntTTnzveqvv332133321/1A-V6L 焊接機(jī)器人26(2)飛輪力矩和剛性。對(duì)操作扒來說，這兩項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)非常重要，因?yàn)椴僮鳈C(jī)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)經(jīng)常處于加減速的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程中。產(chǎn)品目錄通常給出入軸(波發(fā)生器) 處的 GD 值。如果需要計(jì)算，可取波發(fā)生器的 GD 值，因?yàn)槿彷喫俣群苈?，其影? 2可以忽略不計(jì)。(3)回差。回差又稱空回，它不僅影響操作機(jī)的位置精度，而且對(duì)控制的過渡過程也有很大影響?；夭顟?yīng)盡可能小一些，但過小會(huì)影響效率，同時(shí)價(jià)格也大大提高，一般回差取 3一 1，對(duì)于后三關(guān)節(jié)，也可取 6一 3。2、諧波傳動(dòng)的選擇諧波傳動(dòng)的選擇分以下幾個(gè)步驟：(1)確定結(jié)構(gòu)形式 (杯形柔輪還是環(huán)形柔輪)和速比。(2)繪制拉矩 時(shí)問，轉(zhuǎn)速時(shí)間曲線圖，并計(jì)算丁 v、Mh 7”(3)在滿足 i o 海 i，7v。71， ”v。)nv 的條件下根據(jù)樣萬確定型號(hào)(其中人丁 vh nvo 為樣本值) 。(4)校核丁 M 即在 n r 條件下 7m7”(其中 7m 是樣本中對(duì)應(yīng) A 的扭矩)。若產(chǎn)品樣：本末給出 7v。 ，nv 。 ，可用 7。r 事 7”來選擇諧波傳動(dòng)型號(hào)。4.4 圓柱齒輪傳動(dòng)考慮到焊接機(jī)器人腰部傳動(dòng)的傳動(dòng)比比較小，對(duì)腰部傳動(dòng)的要求較低，我選擇齒輪傳動(dòng)。同時(shí)，焊接機(jī)器人的精度要求不高，故齒輪精度等選用 7 級(jí)。選擇小齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。選小齒輪齒數(shù) z1=40則大齒輪齒數(shù) 120341za. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)表達(dá)式 （41）3121.2uTKZddtHEt 其中， ，8.05.2aEMP.1927小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： mNnPT 5.23870.15.9105.9661試選載荷系數(shù) K t=1.4選擇材料的接觸疲勞極根應(yīng)力為：MaH60lim1 MPaH5lim2應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由下列公式計(jì)算可得（4-2）hjLn160168309.則 9912 1076.25.6uN接觸疲勞壽命系數(shù) ,.1HNK.2HN接觸疲勞安全系數(shù) minS求許用接觸應(yīng)力: MPaKSHNH6051.53.2minl21il1將有關(guān)值代入（41）得： mmuTZddtHEt67.235.238.07412.893. 121則圓周速度： sndvt /9.16.10齒寬：b = mm3.52.98td模數(shù)： .40731zmtt齒高： 3.1592.5.thA-V6L 焊接機(jī)器人285.13.6hb由此查得： 03FK根據(jù) v=1.3m/s,7 級(jí)精度，查得： 動(dòng)載荷系數(shù) ；8.1v直齒輪 FH使用系數(shù) ；動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)AK02.1HK則 .02.18.Hv修正 mdtt .4.67.2331mz5.048.1取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 。3c.計(jì)算基本尺寸 mdbzmad2058.1312041221取 2d. 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度選擇材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：MPaFE501PaFE3802彎曲疲勞壽命系數(shù) .1NK6.2FN取彎曲安全系數(shù) S=1.4求許用彎曲應(yīng)力: MPaKSFNEF 43.286.0413.9.52211 載荷系數(shù)： 12.01FVA29齒形系數(shù) ， 80.21FaY28.Fa查應(yīng)力校正系數(shù)： 51S73.1SaY校核兩齒輪的彎曲強(qiáng)度（43）1321SaFdFmzKTMPa5.8020873216FMPa2122 7.280.7FaFY所以齒輪完全達(dá)到要求。齒輪的幾何尺寸名稱 符號(hào) 公式分度圓直徑dmzd120431mzd3012齒頂高 ahha齒根高 f cf 75.3)2.01()(齒全高 fa6753齒頂圓直徑1ad mhd21 mhdaa062齒根圓直徑1f ff 5.1ff 5.922基圓直徑 1bd mdb968.3cos1mdb.34cos2齒距 pp4.齒厚 ss72/齒槽寬 ee1.中心距 amda0/)(21頂隙 cc75.3.