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1、成 绩： 机电装配设计作业题 目： 便携式关节型弧焊机器人设计班 级： 机制08-2班学 号： 200810101050姓 名： 杨超2011 年 9月 17日机制08-2班 杨超一. 前期调研1 工业机器人的概念工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。2 工业机器人发展现状与前景展望在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流 机器人发展前景及未来的发展方向。国外
2、汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段.机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：顺序型。这类机器人拥有规定的程序
3、动作控制系统；沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等；远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人；智能型。这类机器人具有感知、适应及思维和人机通信机能。日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有：低成本技术、高速化技术、小型和轻量化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。 根据日本政府2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器
4、人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨
5、迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化），必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和
6、设备，培养人才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国政府的鼓励政策，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。3.弧焊机器人的目前发展状况弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系,关键技术包括： (1)弧焊机器人系统优化集成技术：弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高
7、刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。 (2)协调控制技术：控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。 (3)精确焊缝轨迹跟踪技术：结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。4.便携式弧焊机器人的应用前景目前，国内使用的自动焊接设备，有通用型弧焊机器人，其结构前
8、已叙述，主要使用在流水生产作业线上。另一类是微型计算机或单片机控制的各型自动焊机，其结构由焊接机头、行走环行导轨、控制系统组成。现将这2 种自动焊接设备和便携式弧焊机器人完成自动焊接生产作业性能列出，如表所示。便携式弧焊机器人的开发，是本着在充分满足自动焊接功能和控制精度的前提下，利用机电一体化技术高度集中的特点，与计算机控制硬、软件配合，合理简化关节型手臂和控制系统结构，以降低生产成本和开发费用的原则设计。因此，该机的生产成本和开发费用极低，使得有可能在中、小企业内得到广泛的使用和推广。便携式弧焊机器人是一个具有较高科技含量的产品，不同于现有的自动焊机。在便携式弧焊机器人硬件基础上，通过换装
9、末端执行器，开发专用控制软件，还可具有其他生产功能：关节型手臂上换装专用砂轮构成“便携式除锈机器人”，可对焊缝根部除锈或“清根”；换装检测探头构成“便携式检测机器人”，可对焊缝进行检测，并都可在“便携式机器人CAD 系统”软件支持下，开发出相应的控制程序进行生产作业。所以说，便携式弧焊机器人完成焊接功能或其他生产功能是开放的，具有可开发性。由上述3 种便携式弧焊机器人、便携式除锈机器人、便携式检测机器人，弧焊电源以及接口电路组成一个高效、低成本的自动焊接和检测系统，将改变焊接生产劳动条件，把操作工人从繁重的体力劳动中解脱出来。如给便携式弧焊机器人配上CCD 摄像头，焊工可以通过监视器远距离监视
10、焊接过程，将彻底改变焊接生产方式。可以说，便携式弧焊机器人是一个使用平台，在这个平台上可以演变出其他的自动化机具，组织出一些意想不到的焊接生产作业方式。二. 便携式弧焊机器人的应用及其特点2.1便携式弧焊机器人的发展及其应用 国际上80年代是焊接机器人在生产中应用发展最快的10年。我国工厂从90年代开始，应用焊接机器人的步伐也显著加快。应该明确，焊接机器人必须配备相应的外围设备组成一个焊接机器人系统才有意义弧焊机器人的研究已经历了三个阶段：包括示教再现、离线编程和自主编程的智能机器人，当前的应用水平处于第二阶段。我国也从20世纪70年代初开始注重机器人技术的研究，但在机器人产业应用方面仍远远落
11、后于工业发达国家。从该机器人诞生直到目前，机器人使用最多的是在焊接领域，主要部门除汽车行业外，在工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等许多行业中都有应用。国外军工企业特别是坦克装甲战车焊接自动化程度较高，弧焊机器人应用也较广泛，德国、美国、英国、意大利及新加坡等国的坦克装甲战车车体和炮塔都已采用弧焊机器人进行熔化极气保护焊接。美国某坦克厂采用四个机器人焊接工作站，9台具有视觉导向功能的焊接机器人，用于坦克车体和炮塔的自动化焊接工作。装甲战车的机器人焊接工艺也采用了高效、高速焊接工艺技术，其焊接速度与手工焊接相比总体提高十余倍。我国焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几
12、个主要行业。汽车是焊接机器人的最大用户也是最早用户。弧焊机器人已在南汽车厢厂运用。在南汽的底盘厂，车身厂均用于生产。弧焊机器人除汽车行业使用外在自行车行业如天津自行车厂和工程机械方面应用已开始起步，合肥叉车厂也使用了二台西德cloos公司的弧焊机器人及变位器使用效果很好，国内还有好多单位如湖南的晋源机械厂、安庆汽车厂、成都汽车厂等均在生产中使用.2.2便携式弧焊机器人的特点(1)稳定和提高焊接质量，保证其均一性。采用机器人焊接时，对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
13、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、烟雾私飞溅等。(3)提高劳动生产率。机器人没有疲劳，一天可24h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)可缩短产品换代的周期，减小相应的设备投资。可实现小批量产品的焊接自动化。机器入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。2.3便携式弧焊机器人的社会意义和经济利益 焊接是机械制造工业的基本生产手段之一，提高焊接质量的稳定性和可靠性是至关重要的。限于经济
14、和技术的原因，我国的焊接生产作业基本还是手工操作。采用手工操作，不仅焊接工作量大，焊接生产率低，焊接质量波动大；而且工作环境恶劣，劳动条件差，劳动强度大。焊接过程中的电弧、噪音，烟尘直 接危害工人的身体健康。随着我国加入WTO与国际接轨，在工业企业内正大力推行“健康、安全、环保”即“HSE”管理，改善工人在焊接中的工作环境是非常迫切的。而采用自动焊接技术，是改变上述状况的唯一途径。焊接是机械制造工业的基本生产手段之一，提高焊接质量的稳定性和可靠性是至关重要的。限于经济和技术的原因，我国的焊接生产作业基本还是手工操作。采用手工操作，不仅焊接工作量大，焊接生产率低，焊接质量波动大；而且工作环境恶劣
15、，劳动条件差，劳动强度大。焊接过程中的电弧、噪音，烟尘直 接危害工人的身体健康。随着我国加入WTO与国际接轨，在工业企业内正大力推行“健康、安全、环保”即“HSE”管理，改善工人在焊接中的工作环境是非常迫切的。而采用自动焊接技术，是改变上述状况的唯一途径。工业机器人作为人类肢体的外延，它能在生产人员无法操作的环境下，不知疲倦地从事艰苦的、繁重的劳动，使生产工人摆脱危险、有害的工作环境，减轻生产工人的劳动强度，是代替工人进行焊接操作的最佳自动化工具。通用型弧焊机器人由机械系统、控制系统、驱动系统组成,如图1所示.目前，通用型弧焊机器人的广泛使用还受到一定的限制：通用型弧焊机器人价格昂贵，一次性投
16、资风险大；结构为分体结构，体积大、重量重、不便于灵活移动，适于在流水生产作业线固定焊接工位上使用；控制程序开发方式多采用示教编程或机器人语言编程，由于我国生产工人的知识结构所限，还不足以掌握以示教编程或机器人语言编程开发控制程序。所以能否在室外或野外焊接中使用弧焊机器人，是一个值得探索的课题。结合野外焊接生产作业的需要和实际情况，专门设计、开发了一种便携式“关节型弧焊机器人”.图1 通用型弧焊机器人三. 便携式弧焊机器人设计 l 便携式弧焊机器人的机械结构便携式弧焊机器人作为在室外或野外使用的自动焊接设备，必须结构紧凑、质量轻，便于携带和灵活移动。所以，该机设计为模块结构，关节型手臂、行走机构、机器人控制器均为模块，可根据焊接方式、焊缝焊接的层数，选择各规格的模块部件装配，如图2 所示。整机分
