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1、他屠“了 ft毕业设计说明书2008 届5自由度焊接机器人总体及大臂与腰部设计学生姓名方 君学 号 04081205院系工学院机电系专业 机械设计制造及其自动化指导教师黄德中5自由度焊接机器人总体及大臂与腰部设计摘要据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人 用于各种形式的焊接加工领域，焊接机器人应用中最普遍的主要有两种方式，即点焊和电弧焊。我们所说的焊接机器人其实就是在焊接生产领域代替焊工从事焊 接任务的工业机器人。这些焊接机器人中有的是为某种焊接方式专门设计的， 而 大多数的焊接机器人其实就是通用的工业机器人装上某种焊接工具而构成的。在多任务环境中，一台机器人甚至可以
2、完成包括焊接在内的抓物、搬运、安装、焊 接、卸料等多种任务，因此，从某种意义上来说，工业机器人的发展历史就是焊 接机器人的发展历史。众所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、 稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危 险性高的工作。工业机器人的出现使人们自然而然首先想到用它代替人的手工焊 接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。本次我所设计的机器人为五自由度弧焊机器人。 本说明书对本次设计的主要 考虑内容进行了叙述和讲解，包括机器人的总体设计以及传动系统的构成与设 计，电动机的选择，圆锥齿轮的设计与校核，谐波减速器的
3、原理以及选择，腕部 转动轴的校核，齿形带规格的选择以及滚动轴承的选择与校核等。由于设计经验不足以及理论知识的匮乏，本次设计肯定存在许多不足之处， 望答辩老师谅解并不吝赐教。关键词 焊接机器人；齿形带传动；谐波减速器；五自由度 desig n 5 degree-of-freedom weldi ng robot overall and big arm and waistABSTRCTAccord ing to in complete statistics, n early half of the worlds in dustrialrobots in service are used for w
4、eld ing. The most com monapplicati on of weldi ng robot are in two main ways, spot weldi ng and arc weld ing. The weld ing robot we are talk ing about is actually in dustrial robots which are doing the work in the weld ing tasks in stead of weld ing product ion welder. Some of this weld ing robot is
5、 specially desig ned for welding while most of them are actually a commonindustrialrobot fittedwith a welding tool. In multi-task environment, a robot can even complete manykinds of work including the grasp of welding, handling, installation, weldi ng, uni oad ing and other tasks,. Therefore, in a s
6、en se, the history of the developme nt of in dustrialrobots is the history of the developme ntof weldi ng robot.It is well known that the welding processing onone hand requires onskilled operati onal skills, rich practical experie nee and stable level of welding; on the other hand, welding is a work
7、 with poor working con diti ons, dust, and heat radiatio n and high-risk. The emerge nee of in dustrial robots first makes people n aturally thi nk of using it to replace the manual welding to reduce labor intensity. But also it ensures the weldi ng quality and enhan ces the efficie ncy of weldi ng.
8、The robot I designed is a DOFarc welding robot. The design statement mainly in clude desig n of robots drive system and the its compositi on, the choice of motor, design of bevel gear and verification,the principleof harmonic reducer and its choice, wrist Check the Department of rotatio nal axis, th
9、e choice of rolli ng beari ngs and its check ing and so on.KEY WORDSweldi ng robot; profile belt tran smissi on; harm onic reducer;5-DOF目录中文摘要 n英文摘要 川目录 IV前言 11绪论 32毕业设计基本思路 42.1 总体所涉及思路及内容 52.2 设计传动方案 53焊接机器人腰部与大部设计 73.1 腰部结构设计 73.1.1 电动机的选择 73.1.2 谐波减速器介绍及选择 83.1.3 轴的设计与校核 103.1.4 轴承的设计计算与核 113.1.
10、5 齿轮设计计算与校核 123.2大臂结构设计 153.2.1 电动机的选择 153.2.2谐波减速器的选择 153.2.3轴的设计与校核 164 总 18参考文献 19致谢 20刖言焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40沖上，与焊接这个特殊的行业有关，焊接作为工业“裁缝”，是工业生产中非常重要的加工手段， 同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，焊接 质量的好坏对产品质量起决定性的影响。归纳起来采用焊接机器人有下列主要意 义：（1）稳定和提高焊接质量，保证其均一性。焊接参数如焊接电流、电压、 焊接速度及焊接干伸长度等对焊接结果起决定作用。采用机器人焊接时对
11、于每条 焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人的因素影响较小 ，降低了对工人操作 技术的要求，因此焊接质量是稳定的。而人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是 变化的，因此很难做到质量的均一性。（2）改善了工人的劳动条件。采用机器人焊接工人只是用来装卸工件， 远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等，对于点焊来说工人不再搬运笨重的手工焊钳， 使工人从大强度的体力劳动中解脱出来。（3）提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可 24小时连续生产，另 外随着高速高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高的更加明显。（4）产品周期明确，容易控制产品产量。机器人的生产节拍是固定的， 因此安排生产计划非常明确。（5）可缩短
12、产品改型换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量 产品的焊接自动化。机器人与专机的最大区别就是他可以通过修改程序以适应不 同工件的生产。我国开发工业机器人晚于美国和日本， 起于20世纪70年代，早期是大学和 科研院所的自发性的研究。到 80年代中期，全国没有一台工业机器人问世。而 在国外，工业机器人已经是个非常成熟的工业产品， 在汽车行业得到了广泛的应 用。鉴于当时的国内外形势，国家“七五”攻关计划将工业机器人的开发列入了 计划，对工业机器人进行了攻关，特别是把应用作为考核的重要内容， 这样就把 机器人技术和用户紧密结合起来，使中国机器人在起步阶段就瞄准了实用化的方 向。与此同时于1986
13、年将发展机器人列入国家“ 863”高科技计划。在国家“863” 计划实施五周年之际，邓小平同志提出了 “发展高科技，实现产业化”的目标。在国内市场发展的推动下，以及对机器人技术研究的技术储备的基础上，863主题专家组及时对主攻方向进行了调整和延伸，将工业机器人及应用工程作为研究 开发重点之一，提出了以应用带动关键技术和基础研究的发展方针，以后又列入国家“八五”和“九五”中。经过十几年的持续努力，在国家的组织和支持下， 我国焊接机器人的研究在基础技术、 控制技术、关键元器件等方面取得了重大进 展，并已进入使用化阶段，形成了点焊、弧焊机器人系列产品，能够实现小批量生产。我国焊接机器人的应用主要集中
14、在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等 几个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。早在70年代末， 上海电焊机厂与上海电动工具研究所， 合作研制的直角坐标机械手，成功地应用 于上海牌轿车底盘的焊接。“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起 先后从KUKA公司引进了 3台点焊机器人，用于当时“红旗牌”轿车的车身焊接 和“解放牌”车身顶盖的焊接。1986年成功将焊接机器人应用于前围总成的焊 接，并于1988年开发了机器人车身总焊线 。80年代末和90年代初，德国大众公司分别与上海和一汽成立合资汽车 厂生产轿车，虽然是国外的二手设备，但其焊接自动化程度与装备水平， 让我们 认识
15、到了与国外的巨大差距。随后二汽在货车及轻型车项目中都引进了焊接机器 人。可以说90年代以来的技术引进和生产设备、工艺装备的引进使我国的汽车 制造水平由原来的作坊式生产提高到规模化生产，同时使国外焊接机器人大量进入中国。由于我国基础设施建设的高速发展带动了工程机械行业的繁荣，工程机械行业也成为较早引用焊接机器人的行业之一。近年来由于我国经济的高速发 展，能源的大量需求，与能源相关的制造行业也都开始寻求自动化焊接技术，焊接机器人逐渐崭露头角。铁路机车行业由于我国货运、客运、城市地铁等需求量 的不断增加，以及列车提速的需求，机器人的需求一直处于稳步增长态势。据 2001年统计，全国共有各类焊接机器人1040台，汽车制造和汽车零部件生产企 业中的焊接机器人占全部焊接机器人的 76%在汽车行业中点焊机器人与弧焊机 器人的比例为3： 2,其他行业大都是以弧焊机器人为主，主要分布在工程机械（10%、摩托车（6%、铁路车辆（4%、锅炉（1%等行业。焊接机器人也主要 分布在全国几大汽车制造厂， 从图1中还能看出，我国焊接机器人的行业分布 不均衡，也不够广泛。进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入，汽车行业迅猛发展，我国汽 车行业的机器人安装台数迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千台的数 量增长。估计我国目前焊接机器人的安装台数在4000台左右。汽车行业焊接机器
