五自由度焊接机械手设计机械设计制造及其自动化文档格式.docx

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关键词：

焊接；

电动机；

机械手；

电气控制

Abstract

Thisdesignisthemechanicaldesignoftheweldingequipment.Inthedesignprocess,weneedmechanicalandelectricalknowledgetodesign.Thedesigncontentmainlyincludesthedesignofmanipulatorandelectricalsystem.

Theweldingmanipulatordesignedinthispaperisactuallyafive-degree-of-freedomjointrobot.Itisdrivenbysteppingmotorandcontrolledbymicro-computer.Ithascompactstructure,largeworkingareaandflexiblemovement.Itcanbeusednotonlyforarcwelding,butalsofortransportationandassembly.

Arcweldingrobotsarewidelyusedinmanyindustries,suchasgeneralmachinery,metalstructureandsoon.Arcweldingrobotisaflexibleweldingsystemincludingvariouskindsofarcweldingauxiliaryinstallation.enarcwelding,thetorchwillfollowthemovementoftheweldpartandtheshapeoftheweldedjointswiththedevelopmentofapport.parconsé

qumetalsthespeedstabilityandaccuracyaretwoimportantindicatorsoftheprocessofthevitesse.gé

né

ralement.

Thedesignofelectricalsystemisbasedontheknowledgeofelectromechanicaltransmission,thatis,PLCsystemforcontrol.PLCcontrolsystemincludesSiemenssubsystem,Omronsystemandsoon.Theelectricalsystemdesignistheutilizationmechanicalandelectricaltransmissionknowledge,namelythePLCsystemcarriesonthecontrol,thePLCcontrolsystemhastheSimenssystem,theohmdragonsystemandsoon.

Keywords：

Welding;

apparatusmanipulator;

robot;

electricappliancecontrol

第1章绪论

焊接机械手是现代机械制造生产系统中的重要组成部分，并且是一门新型学科，在近代自动化控制领域中使用广泛。

因为焊接机械手的优点得到人们广泛认可，所以焊接机械手发展迅速。

首先，他能代替部分由人来完成的工作任务。

其次焊接机械手可以按照规定的时间，位置以及程序完成零件的运送和装载。

焊接机械手能操作规定的设备进行装配和焊接。

通过这样的优点可以提升劳动工人的工作条件，明显提高了工人的工作效率以及劳动生产率。

因此，受到了世界先进国家的重视，进行了大规模的研发和应用。

特别是在极端恶劣的工作环境下，最为广泛。

在发展中国家发展也很迅速，并且取得了优异的成绩，受到了机械工业以及电气工业部门的重视。

1.1论文主要内容

焊接是一项极为重要的工艺技术，焊接是利用两种或两种以上的同种或不同种材料，通过原子或分子之间的拆分或重组连通成为一体的工艺过程，在新兴工业的发展不断推动焊接技术的前进，例如核工业，航空航天，电子科技，石油化工等领域。

因为科学技术的日益提高，焊接已经从普通的构件连通方式以及毛坯的生产方式发展成为制造业中的基本工艺和生产手段。

以往的传统手工焊接不能满足现代高科技产品制造的质量和数量需求。

保证焊接产品的质量和稳定性，提升劳动生产率和改善劳动条件已经迫在眉睫，并且将成为未来的发展趋势。

焊接机械手主要优点如下:

1.具有平均的特点，并且可以提升焊接质量

2.提高劳动生产率,一天可24小时连续生产

3.提升工人的工作环境，对环境要求低，并且可以在有毒有害的恶劣条件下工作

4.对劳动工人的使用要求低；

5.缩小投资规模，简短的产品更新换代的周期；

6.对部分批量生产的产品实行焊接自动化

7.能在及其恶劣的条件下进行工作，例如空间站建设、石油化工，深水焊接等人工难以完成的，具有极高危险性的工作环境下进行焊接工作。

8.为柔性生产线提供焊机技术基础

1.2焊接机械手的发展

焊接机械手在使用时优点明显，可以在有毒有害的环境下进行工作，又同时具备装卸零件和焊接的行为。

焊接机械手不仅在焊接汽车上得到广泛应用，在水下设施，石油化工，航空航天，核反应堆等焊接结构上也发挥了重大作用。

因为造价降低以及功能的不断开发，焊接机械手成为国际市场倍受欢迎的热门货。

近十年来,欧洲与其他地区发达国家，例如英国，法国，美国，日本都投入了大规模的人工和资金用于从事焊接机械手的研究，电焊机械手在1978年被日本所研制，至1980年研发出了焊接机械手，并且日本在1982年成立了全国焊接机械手委员会。

在各种生产线上从事焊接工作的焊接机械手已经有70多万个。

此外，许多日本的大规模企业，如丰田汽车和本田汽车在日本京都和北海道设立了机械手培训学校。

在未来的几年间发展会更加迅速。

上世纪70年代我国开始焊接机械手的研发，经过十多年的时间，在机械手的智能化和科技化上都有了很大的发展。

对国家经济发展起到了重要推动作用。

近几年来据不完全统计，我国焊接机械手呈现快速增长的趋势，平均增长率超过百分之五十，焊接机械手的增长率超过百分之六十。

2005年我国焊接机械手数量突破两千台，进口焊接机械手数量突破一万台，其中大部分用于焊接领域。

2006年我国焊接机械手数量占亚洲焊接手数量的占亚洲新增数量的百分之六，小于韩国的百分之十五，更小于日本所占的百分之七十。

这不符合我国经济的发展速度，这说明我国工业机械手的发展空间巨大，又说明了我国自动化制造水平还有巨大空间。

我国科技实力不断增强，焊接机械手智能化科技化水平提高，同时价格不断下跌。

此外，劳动力价格昂贵，我国迈向强国的道路，要求我国必须提高产品质量，提升加工工艺水平，以便于提升企业竞争力，这几个方面体现了焊接机械手的广阔前景。

1.3焊接机械手的应用现状

第2章焊接机械手的整体方案设计

2.1组成与分类

（一）组成

（1）机械手系统包括：

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械手的装置、外部设备或传感器的通讯接口所组成的机械手控制装置（硬件和软件）；

末端执行器；

机械手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械手的控制系统管理。

（2）手臂和手腕是机械手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，但多数机械手的手臂和手腕是由关节和杆件构成的空间机构，一般由3-10个自由度组成，工业机械手一般为3-6个自由度。

由于机械手具有5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）腕部机构支承机械手手部装置并调整其姿态，一般有2-3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，使机械手的手部相对于操作对象形成灵活的工作姿态。

（5）机械手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.焊接机械手和喷涂机械手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械手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械手，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.运送铁磁物质的机械手还可以将电磁吸盘作为末端执行器。

以下例举了我根据上个章节所述的各类情况制订的几种方案，并对这些不同的方案进行论证分析。

（二）分类

1、按用途分类

（1）专用机械手

专用机械手是专为一定设备服务的，简单、实用，目前在生产中运用比较广泛。

它一般只能完成一、二种特定的作业，如用来抓取和传送工件。

它的工作程序是固定的，也可根据需要编制程序控制，以获得多种工作程序，适应多种作业的需要。

（2）通用机械手

通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。

它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。

它是一种能独立工作的自动化装置。

它的动作程序可以按照工作需要来改变，大都是采用顺序控制系统，如插销板、插件板、穿孔带、穿孔卡、凸轮转鼓、磁芯和磁鼓等。

通用机械手又分简易型、示教再现型和智能机械手、操纵式机械手等几种。

简易型通用机械手是目前国内外应用最多的一种，固定程序采用凸轮转鼓可变程序则采用插销板或插件板进行控制。

示教再现型通用机械手，先由人操纵机械手完成必要的动作，由磁带或磁鼓加以记录存贮，然后根据存贮的信息进行动作。

故又称之为重复型机械手。

智能机械手具有较高的判断能力，它以光敏元件模拟人的“眼睛”，以声敏元件模拟人的“耳朵”，以热电偶和电阻应变仪模拟人的“皮肤”的冷热感觉和触觉，以电子计算机模拟人的“大脑”。

具有以上“视觉”、“听觉”、“触觉”以及能思考