機(jī)械手-集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),機(jī)械手,集裝箱,波紋,焊接,機(jī)器人,機(jī)構(gòu),運(yùn)動學(xué),分析,車體,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告 題 目： 集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電學(xué)院 系 機(jī)械 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 機(jī)制023班 學(xué) 號： 02122078 姓 名： 陳 愈 馨 指導(dǎo)教師： 張 華 填表日期： 2006 年 3 月 1 日 一、 選題的依據(jù)及意義： 依據(jù)：針對集裝箱波紋板焊接自動化水平低的現(xiàn)狀：目前用于焊接集裝箱側(cè)板與頂側(cè)梁、底側(cè)梁的自動焊專機(jī)，由于在焊接過程中，焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角（焊接工藝參數(shù)也未有變化），直接導(dǎo)致焊縫成形不能保持一致，進(jìn)而影響焊縫的質(zhì)量。 意義：該課題能有效的解決焊接過程中焊槍速度與波形夾角的問題，使焊接速度始終與波形垂直，進(jìn)而保證焊接的穩(wěn)定性，提高焊接成形的一致性，提高焊接質(zhì)量。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： 由于該課題所研究的集裝箱焊接是自動焊接技術(shù)在該處的工業(yè)應(yīng)用，故此處的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）應(yīng)該是關(guān)于自動焊接技術(shù)的。 焊接技術(shù)的目的就是為了提高焊接質(zhì)量。而焊接質(zhì)量是采用焊接工藝制造的產(chǎn)品的焊接接頭使用性能是否滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求。一般焊接產(chǎn)品焊接接頭使用性能的主要內(nèi)容有：力學(xué)性能，內(nèi)、外部缺陷，產(chǎn)品焊接后幾何尺寸等。 而目前在焊接過程中，還不能做到在線和實(shí)時地檢測和控制這些直接焊接質(zhì)量，在現(xiàn)階段所能做的是利用自己的感觀或現(xiàn)有的傳感技術(shù)，對一些與直接焊接質(zhì)量有關(guān)的間接焊接質(zhì)量，在焊接過程進(jìn)行在線和實(shí)時的檢測和控制。比如該課題就是做到提高焊接的穩(wěn)定性，來保證焊縫成形一致，進(jìn)而提高焊接質(zhì)量。這里穩(wěn)定性就屬于間接焊接質(zhì)量。 間接焊接質(zhì)量雖然不能直接說明焊接接頭的使用性能，但他們卻在一定程度上或者與直接焊接質(zhì)量存在著定量關(guān)系。 這可以從當(dāng)前的研究現(xiàn)狀得到驗(yàn)證。 1、開發(fā)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)來檢測間接焊接質(zhì)量，有一定的仿生性，利用感觀。光學(xué)圖像的視覺信息具有形式直觀、信息豐富、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 有的文獻(xiàn)綜述了焊接機(jī)器人傳感系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，比較了目前常用的焊接機(jī)器人傳感技術(shù)，重點(diǎn)分析了被動視覺技術(shù)和基于激光三角測量原理的主動視覺技術(shù)在焊接中的應(yīng)用，并給出了國內(nèi)外的開發(fā)實(shí)例。 有的文獻(xiàn)簡述了機(jī)器人焊接中視覺系統(tǒng)的分類、原理、特點(diǎn)及實(shí)用性，綜述了視覺系統(tǒng)在機(jī)器人焊接領(lǐng)域的典型應(yīng)用，并指出了其應(yīng)用中存在的問題及其發(fā)展趨勢。 的確，在環(huán)境惡劣的焊接現(xiàn)場中，具有視覺功能的智能焊接機(jī)器人顯然有大顯身手的機(jī)會。 有的文獻(xiàn)分別從焊接過程控制和質(zhì)量控制這兩方面介紹焊接區(qū)視覺信息在弧焊機(jī)器人傳感和控制技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。提出了幾點(diǎn)視覺信息系統(tǒng)的現(xiàn)存問題和解決途徑。 2、利用現(xiàn)有的傳感技術(shù)對弧焊過程進(jìn)行實(shí)時傳感與控制，這里包括弧焊過程電弧穩(wěn)定性方面的傳感與控制，弧焊過程焊接對縫傳感與跟蹤控制，焊縫尺寸的傳感與控制。 有的文獻(xiàn)介紹了國內(nèi)外焊接質(zhì)量實(shí)時傳感與控制方面一些共性問題的研究和發(fā)展，包括弧焊過程電弧穩(wěn)定性方面的傳感與控制、焊接對縫傳感與跟蹤控制、焊縫尺寸的傳感與控制。這些內(nèi)容有的是作者研究組的研究工作，部分選自國內(nèi)外同行近年來在刊物和會議上發(fā)表的論文。這些都是作者認(rèn)為比較成熟，有的已經(jīng)應(yīng)用，有的很有應(yīng)用前途。 將移動機(jī)器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成移動式的焊接機(jī)器人，在大型結(jié)構(gòu)件的自動化焊接中，有著廣闊的應(yīng)用前景。有的文獻(xiàn)研究了移動焊接機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。并對移動焊接機(jī)器人在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了比較全面地介紹。 的確，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)件的自動化焊接，無疑將大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，減少人為因素的影響，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和保證焊接質(zhì)量。而現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，對焊接產(chǎn)品提出了更高層次的要求。 有科研工作者研制了一種能重復(fù)跟蹤焊縫軌跡線的CCD光電跟蹤系統(tǒng)。此系統(tǒng)由新穎的CCD視覺傳感器來實(shí)時檢測機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)與焊槍的跟蹤位置偏差量，并根據(jù)此由微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)與焊槍的二級自動跟蹤。本文還就視覺傳感系統(tǒng)的物距、光強(qiáng)等主要影響因素進(jìn)行了分析研究，使之具有較高的可靠性與適應(yīng)性。 3、關(guān)于機(jī)器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未來的發(fā)展趨勢是微型化、精密化、模塊化 有的文獻(xiàn)提到過轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的模塊化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，很顯然如果能夠像現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)零部件那樣的設(shè)計(jì)機(jī)器人的關(guān)節(jié)，那將多么的有利于機(jī)器人應(yīng)用的普及，將在更廣泛的程度上范圍服務(wù)于人類，極大的提高人們的生活水平。 三、 本課題研究內(nèi)容 如圖所示，在焊接過程中，焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊接速度的夾角（工藝參數(shù)也未有變化），因此直線段焊縫與斜邊段的焊縫成形不能保持一致。 故本課題是集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析及車體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，而十字滑塊選用，進(jìn)而組成的焊接機(jī)器人能夠解決波內(nèi)斜邊段焊縫外觀成形與直線段焊縫不一致的問題。 研究內(nèi)容： 1、在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，熟悉機(jī)器人的應(yīng)用的現(xiàn)場環(huán)境，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)。 2、選擇出該焊接機(jī)器人的機(jī)構(gòu)方案，并對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)逆界，證明所選方案可行。 3、設(shè)計(jì)出小車車體結(jié)構(gòu)，并在圖紙上繪制出機(jī)器人的裝配圖。 四、 本課題研究方案 明確輸出構(gòu)件所需要的運(yùn)動規(guī)律：焊槍與焊縫的夾角保持垂直；焊槍相對焊縫移動的相對速度大小恒定。 利用所學(xué)機(jī)械原理的知識及一些關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)知識選定或者設(shè)計(jì)出該焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案，并利用運(yùn)動學(xué)分析對該方案進(jìn)行運(yùn)動學(xué)逆解，證明其可行。 利用所學(xué)的知識及其它一些參考文獻(xiàn)，估計(jì)出車體驅(qū)動電機(jī)的功率，選擇電機(jī)，最后設(shè)計(jì)進(jìn)行校核。 五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 研究目標(biāo)： 1、確定集裝箱波紋板焊接機(jī)器人總體機(jī)構(gòu)方案，并對該機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動學(xué)逆解，并求出，該解滿足集裝箱波紋板的焊接要求。 2、做出了車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核。 主要特色：該焊接機(jī)器人的焊槍能夠隨波形的變化調(diào)整焊槍的姿態(tài)速度，保證在直線段與波內(nèi)斜邊段焊縫成形的一致性，進(jìn)而提高集裝箱波紋板的焊接質(zhì)量。 工作進(jìn)度： 六、 參考文獻(xiàn)： [1]鄭相鋒，胡小建.弧焊機(jī)器人焊接區(qū)視覺信息傳感與控制技術(shù)[J].電焊機(jī)，2005，6：34. [2]孔宇，戴明，吳林.機(jī)器人結(jié)構(gòu)光視覺三點(diǎn)焊縫定位技術(shù)[J].焊接學(xué)報，1997，3：188. [3]王軍波等.基于CCD傳感器的球罐焊接機(jī)器人焊縫跟蹤[J].焊接學(xué)報，2001，4：31. [4]徐培全等.基于機(jī)器人焊接的視覺傳感系統(tǒng)綜述[J].焊接，2005，8：11. [5]劉蘇宜，王國榮，鐘繼光.視覺系統(tǒng)在機(jī)器人焊接中的應(yīng)用與展望[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2005，11：1296. [6]張柯等.移動焊接機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].焊接，2004，8：5. [7]王其隆.弧焊過程質(zhì)量實(shí)時傳感與控制[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.2. [8]陳雪華，梁錫昌.基于模塊化關(guān)節(jié)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動學(xué)分析[J].2005，2：4. - 40 -