焊接機械手的結構設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 班 級： 姓 名 ： 學 院： 專 業(yè)： 題 目： 焊接機械手的結構設計 of 指導教師： 職稱 : 職稱 : 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 20**年 **月 **日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 中期報告 撰寫內容要求： 設計（論文）進展狀況 : 本階段的主要任務是完成了外文文獻的翻譯，對機械手結構設計進行了更深層次的分析和理解，包括機械結構的設計和結構受力的分析。通過以上分析，基本上完成了機械手的三維裝配圖，同時深刻體會到 件功能的強大；大概了解了機械結構在選用過程中所依據(jù)的原則。 定了開題報告中擬采用的諧波 齒輪傳動型機械手。原因是現(xiàn)有的諧波減速器尺寸過大（最小的剛輪直徑為 25超過了設計要求的工作區(qū)間 (0因此決定采用另一種結構形式。 兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內饒過各種障礙物。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 1 設計整體為 4個自由度。分別為： 焊槍相對于小臂回轉； 小臂相對大臂回轉； 大臂相對機架回轉； 機架在水平有一個腰部回轉。 電機采用伺服電機。 下： 著大臂回轉，小臂回轉，調節(jié)焊槍和焊點的距離，使焊槍能夠接觸到焊點。最后腕部回轉，使焊槍能夠垂直于焊點，以完成焊接作業(yè)。 臂回轉的機械結構如圖 2。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 2 左側為電機，帶動軸轉動，軸和腕部剛性連接，從而帶動腕部回轉。軸和小臂殼體之間加一個深溝球軸承，以抵消徑向力，達到相對轉動的目的；小臂殼體和腕部加一個角接觸球軸承，以抵消徑向力和軸向力，從而使他們可以產生相對轉動。 計如圖 3 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 圖 3 電機安裝在底座上，帶動一個小齒輪，小齒輪帶動大齒輪，大齒輪和殼體剛性連接。殼體和底座間加一個角接觸球軸承以實現(xiàn)相對轉動。 存在問題及解決措施 : 機械臂為大臂小臂兩節(jié)，要求工作區(qū)間 0滿足工作區(qū)間要求，所以需要擴大 1/3倍。因為 2≥ 2以當 a=602=2 A≈ 60 由于一般的電機驅動系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過傳動機構來增加力矩，提高帶負載能力。對機器人的傳動機構的一般要求有 : (l)結構緊湊，即具有相同的傳動功率和傳動比時體積最小，重量最輕。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 注： 1） 正文：宋體小四號字，行距 20 磅 ，單面打??；其他格式要求與畢業(yè)論文相同。 2） 中期報告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊。(2)傳動剛度大，即由驅動器的輸出軸到連桿關節(jié)的轉軸在相同的扭矩時。角度變形要小，這樣可以提高整機的固有頻率，并大大減小整機的低頻振動 ; (3)回差要小，即由止轉到反轉時空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度 ; (4)壽命長、價格低。 為了減小機構運行過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動。 齒形帶傳動 是同步帶的一種，用來傳遞平行軸的運動。 齒輪帶的傳動比計算公式為： i=2=2 做裝配圖過程中總是出現(xiàn)報警等命令，致使工作無法正常進行。 其次，對機械結構的理解還不是很到位等。 通過與同學的探討及老師的指點，使我對自己的畢業(yè)設計有了更深一步的認識。我深深明白了設計與實際要緊密結合，要多動腦，勤思考。平時要多練習軟件。 后期工作安排 : 1算并核算選型。 3制設計相關的零件 圖和裝配圖。 5寫畢業(yè)論文。 7周：準備答辯。 指導教師簽字： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 開題報告 畢業(yè)設計（論文）綜述 背景和研究意義 : 機器人的機械設計與一般的機械設計相比，既具有類 似性，又有其獨特性。從機構學的角度來看，機器人的機械結構可看作是一系列連桿通過旋轉關節(jié)、移動關節(jié)連接起來的開式運動鏈。 與一般機構相比，機器人的開鏈結構型式具有靈巧性和空間可達性等，但由于開鏈式結構實際上是一系列懸臂桿件串聯(lián)而成的，機械誤差和彈性變形的累計，影響機器人的剛度和精度。因此，機器人的機械設計既要滿足強度要求，又要考慮剛度和精度。另一方面，機器人的機械結構，特別是關節(jié)傳動系統(tǒng)，是整個機器人伺服系統(tǒng)中的一個組成部分，無論是結構的緊湊性、靈巧性，還是在運動時的穩(wěn)定性、快速性等伺服性能，都比一般機構有更 高的要求。 對 焊接機械手的結構設計 進行研究，目的是尋找在不同要求下最優(yōu)的機械結構，以最大效益的滿足生產需要。 國內外相關研究情況 : 點焊機器人雖然有多種結構形式，但大體上都可以分為 3大組成部分，即機器人本體、點焊焊接系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。目前應用較廣的點焊機器人，其本體形式為直角坐標簡易型及全關節(jié)型。前者可具有 1～ 3 個自由度，焊件及焊點位置受到限制；后者具有 5～ 6 個自由度，能在可到達的工作區(qū)間內任意調整焊鉗姿態(tài)，以適應多種形式結構的焊接。 焊接機器人基本上都屬于電動機驅動的工業(yè)機器人、液壓驅動的工業(yè)機器人 這兩類工業(yè)機器人，弧焊機器人大多采用電動機驅動機器人，因為焊槍重量一般都在 10焊機器人由于焊鉗重量都超過 35有采用液壓驅動方式的，因為液壓驅動機器人抓重能力大，但大多數(shù)點焊機器人仍是采用大功率伺服電動機驅動，因它成本較低，系統(tǒng)緊湊。工業(yè)機器人是由機械手、控制器、驅動器和示教盒 4 個基本部分構成。對于電動機驅動機器人，控制器和驅動器一般裝在一個控制箱內，而液壓驅動機器人，液壓驅動源單獨成一個部件，現(xiàn)分別簡述如下： 機械手 機器人機械手又稱操作機，是機器人的操作部分，由它直接帶動末端操作器。實現(xiàn)各種運動和操作，它的結構形式多種多樣，完全根據(jù)任務需要而定，其追求的目標是高精度、高速度、高靈活性、大工作空間和模塊化。現(xiàn)在工業(yè)機器人機械手的主要結構形式有如下 3 種： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 1、機床式 這種機械手結構類似機床。其達到空間位置的 3個運動。是由直線運動構成，其末端操作器的姿態(tài)由旋轉運動構成，這種形式的機械手優(yōu)點是運動學模型簡單，控制精度容易提高；缺點是機構較龐大，占地面積大、工作空間小。簡易和專用焊接機器人常采用這種形式。 2、全關節(jié)式 這種機械手的結構類似人的腰部和手部，其位置和姿態(tài) 全部由旋轉運動實現(xiàn)。這是工業(yè)機器人機械手最普遍的結構形式。其特點是機構緊湊、靈活性好、占地面積小、工作空間大，缺點是精度高、控制難度大。偏置式與正置式的區(qū)別是手腕關節(jié)置于小臂的外側或小臂活動范圍，但其運動學模型要復雜一些。目前焊接機器人主要采用全關節(jié)式機械手。 3、平面關節(jié)式 這種機械手的機構特點是上下運動由直線運動構成，其他運動均由旋轉運動構成。這種結構在垂直方向剛度大，水平方向又十分靈活，較適合以插裝為主的裝配作業(yè)，所以被裝配機器人廣泛采用。 機器人機械手的具體結構雖然多種多樣，但都是由 常用的機構組合而成。現(xiàn)以美國 械手為例來簡述其內部機構，它是由機座、大臂、小臂、手腕 4 部分構成，機座與大臂、大臂與小臂、小臂與手腕有 3 個旋轉關節(jié)，以保證達到工作空間的任意位置，手腕中又有 3 個旋轉關節(jié)：腕轉、腕曲、腕擺，以實現(xiàn)末端操作器的任意空間姿態(tài)。手腕的端部為一法蘭，以連接末端操作器。 每個關節(jié)都由一臺伺服電動機驅動， 械手是采用齒輪減速、桿傳動，但不同廠家采用的機構不盡相同，減速機構常用的是 4種方式：齒輪、諧波減速器、滾珠絲杠、蝸輪蝸桿。傳動方式有桿傳動、鏈條傳動 、齒輪傳動等。其技術關鍵是要保證傳動雙向無間隙 ( 即正反傳動均無間隙 ) ，這是機器人精度的機械保證，當然還要求效率高，機構緊湊。 主要內容及研究方案、研究方法或措施 主要內容： 本設計研究汽車車身焊接的機械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。 進行機械手的原理方案設計，比較并提出系統(tǒng)的總體方案。 根據(jù)技術要求進行系統(tǒng)的結構設計，同時對焊接機械手的驅動系統(tǒng)、機械手和焊接設備的機械接口等內容進行設計。 技術要求： 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 腰部回轉最大角度 280度； 擺動最大角度 120 度； 直線位移范圍 0 研究方案、研究方法或措施： 先把本設計模塊化處理，它包含選型（坐標型式），腰部回轉，手臂俯仰，直線位移，焊槍與手臂結合 5部分。細化每部分的設計思路如下表： 1 2 3 4 坐標型式 直角坐標式 圓柱坐標式 球坐標式 關節(jié)式 腰部回轉 齒輪傳動 蝸輪蝸桿 帶傳動 手臂俯仰 齒輪傳動 蝸輪蝸桿 帶傳動 直線位移 齒條傳動 液壓傳動 氣壓傳動 滾珠絲杠副 焊槍手臂結合 夾持式 吸附式 如圖可得：可 能采用的方案共： 488 種 本設計研究汽車車身焊接的機械手，以完成汽車的車身、底盤等重要部位的焊接工作。 方案一：直角坐標式機械手，蝸輪蝸桿傳動，直線位移液壓傳動，焊槍手臂結合吸附式。 方案二：關節(jié)式機械手，齒輪傳動，直線位移滾珠絲杠副。焊槍手臂夾持式。 方案三：直角坐標式機械手，齒輪傳動，直線位移齒條傳動，焊槍手臂結合夾持式。 方案四：球坐標式機械手，齒輪傳動，直線位移氣壓傳動，焊槍手臂結合吸附式。 本設計中要求腰部回轉和手臂俯仰，加工范圍較大；盡可能減少機體空間更優(yōu)；并要求進行 電焊，因此對位置精度要求較高；焊槍要長時間工作。 因此選用方案二為最優(yōu)方案。 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 重點： 1、原理方案的確定 2、主要參數(shù)的確定 3、機身的結構設計與校核 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 難點： 各個部分的準確定位； 合理的機械結構以滿足設計要求； 前期已開展工作： 在對焊接機械手有足夠的了解之后，對設計提出構想，初步構想如圖： 在設計中，機械手的關節(jié)均采用轉動關節(jié)的形式，每個關節(jié)由兩個箱體所組成。兩個箱體之間安裝有能夠承受徑向和軸向載荷的深溝球軸承，通過軸 承的傳遞實現(xiàn)一個相對轉動，即能實現(xiàn)一個轉動的自由度。 由于電機轉速過快，需要減速。因此箱體內部集成了一個諧波減速器，電機安裝在與箱體 1 相連的連桿 A 內部，電機轉子的轉動通過諧波減速器減速傳遞到箱體 2，箱體 2帶動與其相連的連桿 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 關節(jié)傳動原理如圖所示： 本設計采用模塊化設計，故關節(jié)均采用上述的結構，分別為兩種運動 :俯仰和回轉。需要實現(xiàn)回轉動作的關節(jié)，把連桿安裝在箱體的中軸線 上 ;需要實現(xiàn)俯仰動作的關節(jié)，把連桿安裝在箱體的側壁。 對于直線位移部分： 導軌副的選用：需要承受的載荷不大，但脈沖當量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動導軌副，它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動效率高、結構緊湊、安裝 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 預緊方便等優(yōu)點。 絲桿螺母副的選用：伺服電動機的旋轉運動需要通過絲桿螺母副轉換成直線運動，要滿足定位精度，滑動滑動絲桿副無能為力，只有選用滾珠絲桿副才能達到。滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉平穩(wěn)、壽命長、效率高，預緊后可消除反向間隙。 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1受設計任務，查閱相關資料，了解課題的背景和發(fā)展狀況。 4解學習常用機械手設計的基礎知識，初步原理方案的提出。 6周：設計方案的優(yōu)化比較，論證并選擇最優(yōu)方案。 7械手腰部回轉結構的設計。 9械手搖臂結構的設計。 11械手與焊接設備的機械接口設計。 13：設計機械手與焊接設備的接口。 14制相關設計的零件圖和裝配圖。 16寫畢業(yè)論文。 19周：準備答辯。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 參考文獻 [1]李雷陣，胡小建，王求 .《全國機械裝備先進制造技術 {廣州 )高峰論壇》 械工業(yè)出 版社， 2005 [2]李坤，楊家軍 .《 5自由度焊接機械手的運動學研究》：機器人技術，機械工程師 2007 年第 4期 [3]張建民 .《機電一體化系統(tǒng)設計》第三版 [4]尹志強 .《系統(tǒng)設計課程設計指導書》 . 機械工業(yè)出版社 [5]張利萍 M]學工業(yè)出版社， 2005:1[6]楊東邦 M]國標準出版社， 1998 [7]8]王政 機械工業(yè)出版社， 2003. [9]張建民 北京 :北京理工大學出版社， 2006. [10]何家金 重慶 :重慶大學出版社， 2002. [11]周驥平，林崗 北京 :機械工業(yè)出版社， 2007. [12]吳宗澤 機械工業(yè)出版社， 2003. [13]孫樹棟 .《工業(yè)機器人技術基礎》 5[14]孫杏初 .《關節(jié)型機器人主連桿參數(shù)的優(yōu)化設計》北京航空航天 大學學報 10一 512 [15]]1989 [16]M. as to in of J]. 1999,8(198/199). I 摘 要 本設計為焊接機械手的結構設計，主要研究內容：腰部回轉機構的設計；大、小臂和腕部回轉的結構設計。 本設計由整體布局入手，參考現(xiàn)有關節(jié)型機械臂的相關設計，初步確定腰部的轉動慣量，從而確定電機的選型，安裝等相關設計。在機械臂的靈活和精度的前提下完成總體結構的設計，然后根據(jù)總體結構，從而確定本設計的機械臂各個主要零部件的設計。 在主要零部件的設計中，主要包括腰部殼體的設計、軸的結構設計、軸承的選擇、電機的設計計算、大小臂的結構和固定等 。 本設計整體在現(xiàn)有關節(jié)型機械臂的結構上做了修改，使得它能夠更好的滿足本設計的設計要求。本設計結構簡單、重量輕、外形尺寸小、設備費用低、運轉安全、操作方便、便于維修和管理。 關鍵詞： 機械手；諧波減速器；結構設計 充值后就可以下載此設計說明書。全套資料包含有相應的明書（附帶：中期報告、開題報告、外文翻譯）和紙（共計 9 張圖紙）。 需要全套資料的朋友請 加1： 1459919609 或 2： 1969043202， 需要其他設計題目直接聯(lián)系?。?！ he of of of of by to of of so as to of of on on of to of of of of of of of in so it of of to 錄 1 緒論 .......................................................................................................................................... 1 器人簡介 ............................................................................................................................ 1 機器人的發(fā)展及應用 ................................................................................................... 2 點焊機器人介紹及其研究意義 ................................................................................... 4 機器人的組成 ............................................................................................................... 6 械手的組成 ........................................................................................................................ 8 文主要研究工作 .............................................................................................................. 10 2 機械手的總體結構 ...................................................................................................... 11 械手總體結構的類型 ...................................................................................................... 11 計具體采用方案 .............................................................................................................. 12 3 機械手腰部機座 ........................................................................................................... 14 械手腰部機座結構的設計 .............................................................................................. 14 械手腰 部機 座設計的具體采用方案 .............................................................................. 14 動機的選擇 ...................................................................................................................... 15 速器的選擇 ...................................................................................................................... 16 的選擇 .............................................................................................................................. 17 4 機械手手臂的結構設計 ........................................................................................... 19 計具體采用方案 .............................................................................................................. 20 臂電動機的選擇 .............................................................................................................. 20 臂減速器的相關計算 ...................................................................................................... 21 臂電動機的選擇 .............................................................................................................. 22 臂減速器的相關計算 ...................................................................................................... 23 5 機械手腕部的結構方案設計 ................................................................................. 26 部電動機的選擇 .............................................................................................................. 26 部減速器的選擇 .............................................................................................................. 26 6 軸承的選用與校核 ...................................................................................................... 28 7 結論 ...................................................................................................................................... 38 參考文獻 ...................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 謝 ................................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 ...................................................... 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 1 1 緒論 器人簡介 工業(yè)機器人（英語： 稱 廣泛適用的能夠自主動作，且多軸聯(lián)動的機械設備。它們在必要情況下配備有傳感器，其動作步驟包括靈活的，轉動都是可編程控制的（即在工作過程中，無需任何外力的干預）。它們通常配備有機械手、刀具或其他可裝配的的加工工具，以及能夠執(zhí)行搬運操作與加工制造的任務。機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義： “ 一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的 操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng) [1]。 ” 工業(yè)機器人在經歷了長期發(fā)展后，已經成為制造業(yè)中不可缺少的核心設備。同時隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種各樣的機器人也被開發(fā)出來去適應制造領域意外的各個行業(yè)。這些機器人作為機器人家族的后起之秀，由于其用途廣泛而大有后來居上之勢，仿形機器人、農業(yè)機器人、服務機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人等各種用途的特種機器人紛紛面世，而且正以飛快的速度向實用化邁進。 工業(yè)機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和 檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。 機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設備， 也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。 畢業(yè)設計（論文） 2 器人的發(fā)展及應用 1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾 ·恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中，根據(jù) 克文，原意為 “ 勞役、苦工 ” )和 蘭文，原意為 “ 工人 ” )，創(chuàng)造出 “ 機器人 ” 這個詞。 1939 年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造的家用機器人 由電纜控制，可以行走，會說 77 個字，甚至可以抽煙，不過離真正干家務活還差得遠。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。 1942 年 美國科幻巨匠阿 西莫夫提出 “ 機器人三定律 ” 。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學術界默認的研發(fā)原則。 1954 年 美國人喬治 ·德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并注冊了專利。這種機械手能按照不同的程序從事不同的工作，因此具有通用性和靈活性。 1956 年 在達特茅斯會議上，馬文 ·明斯基提出了他對智能機器的看法：智能機器 “ 能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型，如果遇到問題，能夠從抽象模型中尋找解決方法 ” 。這個定義影響到以后 30 年智能機器人的研究方向。 1959 年 德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫 ·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。隨 后，成立了世界上第一家機器人制造工廠 —— 司。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為 “ 工業(yè)機器人之父 ” 。 1962 年 — 1963 年 傳感器的應用提高了機器人的可操作性。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器，包括 1961 年恩斯特采用的觸覺傳感器，托莫維奇和博尼 1962 年在世界上最早的 “ 靈巧手 ” 上用到了壓力傳感器，而麥卡錫 1963 年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng)，并在 1965 年，幫助 出了世界上第一個帶有視覺傳感器，能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。 1965 年 約翰 ·霍普金斯大 學應用物理實驗室研制出 器人。 經能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。 20 世紀 60 年代中期開始，美國麻省理工學院、斯坦福大學、英國愛丁堡大學等陸續(xù)成立了機器人實驗室。美國興起研究第二代帶傳感器、 “ 有感覺 ” 的機器人，并向人工智能進發(fā)。 1968 年 美國斯坦福研究所公布他們研發(fā)成功的機器人 帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木 ,不過控制它的計算機有一個房間那么大。 以算是世界第一臺智能機器人，拉開了第三代機器人研發(fā)的序幕。 1973 年 世界 上第一次機器人和小型計算機攜手合作，就誕生了美國 司的機器人 1978 年 美國 司推出通用工業(yè)機器人 標志著工業(yè)機器人技術已經畢業(yè)設計（論文） 3 完全成熟。 今仍然工作在工廠第一線。 1984 年 英格伯格再推機器人 種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。同年，他還預言： “ 我要讓機器人擦地板，做飯，出去幫我洗車，檢查安全 ” 。 1999 年 日本索尼公司推出犬型機器人愛寶 (當即銷售一空，從此娛樂機器人成為目前機器人邁進 普通家庭的途徑之一。 2002 年 丹麥 司推出了吸塵器機器人 能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。 目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。 2006 年 6 月，微軟公司推出 器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾 ·蓋茨預言，家用機器人很快將席卷全球。 機器人的未來發(fā)展將很快，應用范圍更大，如設計工業(yè)、農業(yè)、運輸、醫(yī)藥、科學研究等各個方面。 總的趨勢是提高工作精度和運動速度，增加機構的 自由度以提高通用性和靈活性 。 降低結構自重，逐步采用標準化的模塊式組合結構，開發(fā)傳感器技術和機器人語言，同時根據(jù)內部信息和環(huán)境信息來控制機器人，采用計算機仿真技術以及實現(xiàn)機器人的智能化。工業(yè)機器人的發(fā)展正從各個方面顯露出它的強大勢頭。從近幾年來國際工業(yè)機器人會議上綜合的情況來看，工業(yè)機器人發(fā)展的重點是具有智能的高級機器人以及低成本、穩(wěn)定可靠的用于自動化生產的機器人。 空間探索、能源問題和人工智能是當代科學技術三大課題。人工智能主要內容之一就是關于智能機器人的研究。感受外界信息，理解和記憶信息，規(guī)劃行動，人機對 話，是智能機器人發(fā)展的四個主要問題。在空間探索領域中，機器人技術具有美好的發(fā)展前景和廣泛的應用價值，空間自動加工工廠；開發(fā)宇宙空間的高級自治系統(tǒng)；在空間裝配的自重復系統(tǒng)等。 本世紀以來，人類開始有計劃地開發(fā)海洋，開發(fā)食物、能源和物質來源。機器人是現(xiàn)代科學技術發(fā)展成果之一。人們常常把新出現(xiàn)的技術用來制造機器人，再將機器人應用到新技術領域中去。為適應時代發(fā)展的需要，人們把大部分智能技術結合起來，使之向更高級的機器人 —— 智能機器人發(fā)展，這已成為機器人的一個發(fā)展方向。 相對于人來說，工業(yè)機器人的工作準確性高，工作速 度高，負載能力大，耐久力強，重復性好，所以工業(yè)機器人獲得了廣泛應用，顯示了很好的效能。 從目前情況看，工業(yè)機器人的研究、制造和使用者都希望能更加擴大其應用范圍，例如：由計算機控制的具有適應性控制的裝配用機器人、焊接機器人、實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制的機器人、清理鑄件的機器人，建筑用機器人，地下工作機器人，消防用機器人，城市垃圾處理機器人，看護病人的機器入，協(xié)助料理殘廢人生活的機器人，海洋開發(fā)機器人，空間開發(fā)機器人等。 畢業(yè)設計（論文） 4 目前，智能機器人已從基礎研究發(fā)展為應用研究，今后逐漸推廣應用。具有感覺和識別功能 （ 特別是視覺 ） 的機器 人已經用于自動檢修和裝配作業(yè)。能在極限作業(yè)環(huán)境中工作的極限作業(yè)機器人等等都在加緊研究開發(fā)之中。 a. 手部機構的多功能化：日前的工業(yè)機器人的手大部分只有兩個手指，相當于一種夾持器的功能。機器人的手將逐漸發(fā)展為多關節(jié)、多手指并具有人工觸覺的人造手。 b. 采用并行處理的復合控制：由于微電子技術的發(fā)展，微型計算機的性能大幅提高，從而可以利用多個微處理器對各種感覺 (如視覺、觸覺等 )信息進行并行處理，并控制機器人多功能的手快速地完成更復雜的工作。 c. 步行機的研究，它能使機器人的車輛方式發(fā)展為多關節(jié)的 步行方式。隨著生物工程的迅速發(fā)展，人類步行控制和動物步行機理的研究更為深入，引用這些機理將使步行機性能顯著提高。 d. 識別功能的提高：從識別物體 (或零件 )的位置和形狀發(fā)展為識別物體的姿態(tài)和顏色，并達到實用，使機器人能夠快速地識別更復雜的物體。 焊機器人介紹及其研究意義 點焊機器人（ 于點焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人。世界上第一臺點焊機于 1965 年開始使用，是美國 司推出的 器人，中國在 1987 年自行研制成第一臺點焊機器人 ──華宇 -Ⅰ 型點焊機器人。點焊機器人由機器人本體、計算機控制系統(tǒng)、示教盒和點焊焊接系統(tǒng)幾部分組成，由于為了適應靈活動作的工作要求，通常電焊機器人選用關節(jié)式工業(yè)機器人的基本設計，一般具有六個自由度：腰轉、大臂轉、小臂轉、腕轉、腕擺及腕捻。其驅動方式有液壓驅動和電氣驅動兩種。其中電氣驅動具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等優(yōu)點，因此應用較為廣泛。點焊機器人按照示教程序規(guī)定的動作、順序和參數(shù)進行點焊作業(yè)，其過程是完全自動化的，并且具有與外部設備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級主控與管理計算機的控 制命令進行工作。 焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。工業(yè)機器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強度，同時也可以保證焊接質量和提高焊接效率。點焊機器人在汽車裝配生產線上的大量應用大大提高了汽車裝配焊接的生產率和焊接質量，同時又具有柔性焊接的特點，即只要改變程序，就可在同一條生產線上對不同的車型進行裝配焊接 [2]。 應用點焊機器人，有如下優(yōu)點： ； 我國的工業(yè)機器人從 80 年代 “ 七五 ” 科技攻關開始起步，目前已基本掌握了機器人操畢業(yè)設計（論文） 5 作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統(tǒng)技術與國 外比有差距；應用規(guī)模小，沒有形成機器人產業(yè)。 工業(yè)機器人在焊接領域的應用最早是從汽車裝配生產線上的電阻點焊開始的。原因在于電阻點焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機器人的精度和重復精度的控制要求比較低。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關系，向各大型汽車生產企業(yè)提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據(jù)市場主導地位。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大， 165 公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。 2008 年 9 月，機器人研究所研制完成國內首臺 165 公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。 2009 年9 月，經過優(yōu)化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。 工業(yè)機器人發(fā)展趨勢 目前國際機變機界都在加大科研力度，進變機變機共性技術的研究。從機變機技術發(fā)展趨勢看，焊安機變機和其它工畢機變機一樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。夾體而言，表現(xiàn)在如定幾個方面： 機變機操動機結構：與過有限元積析、電態(tài)積析及仿真畢畢等現(xiàn)代畢畢方法的變用，實現(xiàn)機變機操動機構的 優(yōu)化畢畢。探索新的高強度輕質材料，進一步提高總載 /自重比。 機變機機機系統(tǒng)：重打研究開放式，電電化機機系統(tǒng)。向基于 的開放型機機變方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；變件集成度提高，機機機日見小巧，且采用電電化結構；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操動性和可維修性；機機系統(tǒng)的性能進一步提高，實現(xiàn)軟件伺服和安數(shù)字機機；機機界面更加友好。 機變機傳感技術：機變機中的傳感變動用日益重要，除采用傳統(tǒng)的變置、高度、加高度等傳感變機，裝配、焊安機變機還應用了激光傳感變、視覺傳感變和力傳感變，并實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生 產機變物體的自動定變以及精密裝配動畢等，大大提高了機變機的動畢性能和對環(huán)境的適應性。 網(wǎng)絡與光功能：日本 德國 司的最新機變機機機變已實現(xiàn)了與機及一些網(wǎng)絡的聯(lián)安，使機變機由過去的獨立應用向網(wǎng)絡化應用邁進了一大步，也使機變機由過去的專用畢備向標準化畢備發(fā)展。 虛擬機變機技術：虛擬現(xiàn)實技術在機變機中的動用已從仿真、預演發(fā)展大用于過正機機，如使遙機機變機操動者產生置身于遠安動畢環(huán)境中的感覺來操縱機變機?；诙鄠鞲凶?、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術， 實現(xiàn)機變機的虛擬遙機操動和機機三互。 機變機性能價格比：機變機性能不斷提高 (高高度、高精度、高可靠性、便于操動和維畢業(yè)設計（論文） 6 修，而單機價格不斷定定。由于微畢子技術的快高發(fā)展和大規(guī)電集成畢畢的應用，使機變機系統(tǒng)的可靠性有了很大提高 多智能體調機技術：這是目前機變機研究的一個嶄新領域。主要對多智能體的群體體系結構、三互長的與光與磋商機理，感知與三三方法，建電和規(guī)劃、群體變?yōu)闄C機等方面進變研究 [3]。 器人的組成 機器人是典型的機電一體化產品，一般由機械本體、控制系統(tǒng)、傳感器、和驅動器等四部分組成 。機械本體是機器人實施作業(yè)的執(zhí)行機構。為對本體進行精確控制，傳感器應提供機器人本體或其所處環(huán)境的信息，控制系統(tǒng)依據(jù)控制程序產生指令信號，通過控制各關節(jié)運動坐標的驅動器，使各臂桿端點按照要求的軌跡、速度和加速度，以一定的姿態(tài)達到空間指定的位置。驅動器將控制系統(tǒng)輸出的信號變換成大功率的信號，以驅動執(zhí)行器工作 [4]。 a. 機械本體 機械本體，是機器人賴以完成作業(yè)任務的執(zhí)行機構，一般是一臺機械手，也稱操作器、或操作手，可以在確定的環(huán)境中執(zhí)行控制系統(tǒng)指定的操作。典型工業(yè)機器人的機械本體一般由手部（末端執(zhí)行器）、 腕部、臂部、腰部和基座構成。機械手多采用關節(jié)式機械結構，一般具有 6 個自由度，其中 3 個用來確定末端執(zhí)行器的位置，另外 3 個則用來確定末端執(zhí)行裝置的方向（姿勢）。機械臂上的末端執(zhí)行裝置可以根據(jù)操作需要換成焊槍、吸盤、扳手等作業(yè)工具。 b. 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機器人的指揮中樞，相當于人的大腦功能，負責對作業(yè)指令信息、內外環(huán)境信息進行處理，并依據(jù)預定的本體模型、環(huán)境模型和控制程序做出決策，產生相應的控制信號，通過驅動器驅動執(zhí)行機構的各個關節(jié)按所需的順序、沿確定的位置或軌跡運動，完成特定的作業(yè)。從控制系統(tǒng)的構成看 ，有開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之分；從控制方式看有程序控制系統(tǒng)、適應性控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)之分。 c. 驅動器 驅動器是機器人的動力系統(tǒng)，相當于人的心血管系統(tǒng)，一般由驅動裝置和傳動機構兩部分組成。因驅動方式的不同，驅動裝置可以分成電動、液動和氣動三種類型。驅動裝置中的電動機、液壓缸、氣缸可以與操作機直接相連，也可以通過傳動機構與執(zhí)行機構相連。傳動機構通常有齒輪傳動、鏈傳動、諧波齒輪傳動、螺旋傳動、帶傳動等幾種類型。 d. 傳感器 傳感器是機器人的感測系統(tǒng)，相當于人的感覺器官，是機器人系統(tǒng)的重要組成 部分，畢業(yè)設計（論文） 7 包括內部傳感器和外部傳感器兩大類。內部傳感器主要用來檢測機器人本身的狀態(tài)，為機器人的運動控制提供必要的本體狀態(tài)信息，如位置傳感器、速度傳感器等。外部傳感器則用來感知機器人所處的工作環(huán)境或工作狀況信息，又可分成環(huán)境傳感器和末端執(zhí)行器傳感器兩種類型；前者用于識別物體和檢測物體與機器人的距離等信息，后者安裝在末端執(zhí)行器上，檢測處理精巧作業(yè)的感覺信息。常見的外部傳感器有力覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、視覺傳感器等 [5]。 工業(yè)機器人由操作機 (機械本體 )、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人 操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改