自动焊接机械手设计
1 绪论
1.1 技术概述
工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
1.2 现状及国内外发展趋势
国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：
(1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。
(2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥
控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。
我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。
1.3 “十五”目标及主要研究内容
1.3.1目标
中国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3，即400多台。与世界机器人总装机台数75万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。对中国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业
生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。机器人应用效果不理想，直接影响了用户使用更多机器人的信心。
我国有组织有计划地发展机器人事业，应该说是从“七五”期间的科研攻关及实施“863计划”开始的，经过十几年来的研制、生产、应用，从纵向看，有了长足的进步。目前在一些机种方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，基本掌握了机器人操作机的设计制造技术，解决了控制，驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机器人焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破；于此同时造就了一支具有一定水平的技术队伍。无疑，从技术方面来说，我国的机器人技术在世界机器人界已有一席之地，奠定了独立自主发展中国机器人事业的基础；从社会经济角度来看，我国机器人技术的发展，为中、外机器人产品打开中国市场准备了物质和人员条件。
根据国内外机器人发展的经验、现状及近几年的动态，结合当前国内经济发展的具体情况，“十五”期间机器人技术应重点开展智能机器人、机器人化机械及其相关技术的开发及应用；开展以机器人为基础的重组装配系统及其相关技术的开发研究及加强多传感器融合及决策、控制一体化技术及应用的研究。重点解决我国已研制应用多年的示教再现型工业机器人的产业化前期关键技术，大力推进其产业化进程，力争在“十五”末期实现喷涂、焊接、装配等机器人的产业化。
1.3.2主要研究内容
（1）示教再现型工业机器人产业化技术研究
①关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。
②柔性仿形喷涂机器人开发：柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发，整机安全防爆、防护技术开发，高速喷杯喷涂工艺研究。
③焊接机器人（把弧焊与点焊机器人作为负载不同的一个系列机器人，可兼作弧焊、点焊、搬运、装配、切割作业）产品的标准化、通用化、模块化、系列化设计。
④弧焊机器人用激光视觉焊缝跟踪装置的开发：激光发射器的选用，CCD成象系统，视觉图象处理技术，视觉跟踪与机器人协调控制。
⑤焊接机器人的离线示教编程及工作站系统动态仿真。
⑥电子行业用装配机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计。
⑦批量生产机器人所需的专用制造、装配、测试设备和工具的研究开发。
（2）智能机器人开发研究
①遥控加局部自主系统构成和控制策略研究
包括建模－遥控机器人模型，人行为模型，人控制动态建模，图形仿真建模，虚拟工具和虚拟传感器建模；以人为主体的人机共享规划与控制；局部自治控制；多传感融合技术；双向力反应控制；知识库的建立，学习与推理方法；人机交互的高级控制技术；虚拟现实（VR）控制与真实世界控制的相互关系；监控系统的结构。
②智能移动机器人的导航和定位技术研究
包括导航和定位系统的系统结构；在结构环境或非结构环境中导航和定位方法研究；感知系统的传感器和信息处理系统的构成；根据传感器数据建立环境模型的方法；模糊逻辑的推理方法用于移动机器人导航的研究。
③面向遥控机器人的虚拟现实系统
包括人机交互图形生成及其程序设计；遥控机器人（载体和机械手）几何动态图形建模；遥控操作环境图形建模；遥控机器人操作与数据的获取；虚拟传感器及基于虚拟传感器的双向力反应、反馈控制；面向任务的虚拟工具；基于虚拟现实的遥控操作的理论与方法；基于VR模型操作和真实世界操作的可切换、相容性和可交换性；VR监控系统。
④人机交互环境建模系统
包括CAD建模中的人机交互技术；求知模型工件的反示过程中的交互技术；机器人与环境的布局及功能验证中的交互技术；传感器数据处理中的交互技术；机器人标定、运动学建模、动力学建模中的交互技术。
⑤基于计算机屏幕的多机器人遥控技术
包括三维立体视觉建模；模型的计算机显示；遥控机器人模型的控制；人机接口；网络通讯。
（3）机器人化机械研究开发
①并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心（RMC）开发研究
包括VMT与RMC智能化结构实现技术；VMT与RMC关键传动实现技术；VMT 与RMC加工、装配、摆放、涂胶、检测作业技术；VMT与RMC监控检测技术开发；VMT与MRC智能化开式CMC控制系统开发；系统软件和应用软件开发；智能化机构、材料机电一体化技术；作业状态变量智能化传感技术；机电一体化的多功能及灵巧作业终端；通用智能化开式CNC控制硬软件系统；并联机构运动学及动力学理论；RMC智能控制理论；VMT与RMC典型应用工程开发。
②机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的大型散料输送设备
包括散料输送系统监控和遥控操作的传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；机器人运动规划在等量堆取料、自主操作中的应用；基于广域网的远
程实时通讯；具有监测和管理功能的故障诊断系统。
（4）以机器人为基础的重组装配系统
①开放式模块化装配机器人
包括通用要素的提取；专用件标准化；装配机器人模块CAD设计；通用主流计算机构造的控制器；人机界面方式；网络功能。
②面向机器人装配的设计技术
包括数字化装配与CAD集成技术；产品机器人化装配规划生成技术；产品可装配性模糊评价。
③机器人柔性装配系统设计技术
其中单元技术：供料系统智能化设计、末端执行器快速执行、物流传输及其控制与通讯；集成技术：柔性装配线仿真软件、管理系统。
④可重构机器人柔性装配系统设计技术
开展基于任务和环境的动态重构机器人柔性装配系统理论研究；系统基于自治体（Agent）的分布式控制技术及系统各单元体间的协作规划。
⑤装配力觉、视觉技术
包括高精度、高集成化六维腕力传感技术；视觉识别与定位技术。
⑥智能装配策略及其控制
包括装配状态实时检测和监控；装配顺序和路径智能规划及控制技术。
（5）多传感器信息融合与配置技术
①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用
包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。
②机电一体化智能传感器
包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用
1.4．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：
根据不完全统计,我国拥有点焊机器人集成系统的厂家约20余家。这些焊接机器人集成系统,全部是进口的。包括:igm、Cloos、ABB、及3K等厂家的产品。设备购置费用很高，应用却不理想。
1.4.1应用的具体情况如下：
1）几条焊接机器人柔性生产线，全部不能实现设计功能。较好的生产线，做单机使用；应用较差的生产线，差到千余万元的设备，一次没有应用。
2）焊接机器人单机也没有达到设计要求。
1.4.2焊接机器人应用效果不良的原因
1）在工艺设计中，对设备选型没有深入研究，以为机器人是“万能”的。选择的焊件，几十点甚至百点焊点，即使机器人具有起始点寻找和跟踪能力，由于待焊焊点的偏差，机器人在完成焊接20-30%，或者40-50%焊接后，夹持的焊枪就可能偏离焊点了。有这样一个设计，要求用一条机器人柔性焊接生产线，完成推土机几个大焊件的焊接，这几乎是不可能的。
2）焊坯制造精度低。焊接的前序，存在两个问题：一是下料精度低，达不到要求；二是组对精度低。由于切割下料的热变形，焊件的板坯误差较大。下道工序又在低精度的搭焊模上组对，制坯。这样，生产的焊坯，其待焊焊点的互换性很差，满足不了示教精度要求。笔者目睹，其主梁6条主要待焊焊点的间隙，大小相差10mm之多。进口的机器人，就在车间里，没法使用。
本课题拟在焊接机器人现有基础上对其的机械部分进行适当合理的调整，在市场需求和性价比高的前提下，采用目前先进的步进（伺服）电机、位置检测装置、先进的设计理念等使其更能为其完全实行自动化奠定基础。
自动焊接设备的焊接执行部件，拟采用旋转副驱动方式。因旋转副摩擦力小于移动副摩擦力，运动灵活，可以灵活改变焊枪的姿态，更适用于全方位自动焊接。驱动同样的焊接执行部件，电动机功率可以减小，进而减轻焊接机头的质量。焊枪位置传感器尽量安装在末级减速轴上，直接检测焊枪的位置和姿态。这样的安装方式，不存在国内外全自动焊接设备通过间接方式检测焊枪位置的问题，控制精度更高。全自动焊机设备上的存储器，存储焊点跟踪控制程序和部分焊接参数，更多的焊接参数存储在焊接电源内，以利于发挥焊接电源生产厂家的技术优势。
对焊枪的驱动拟采用步进电机。步进电机是一种能将数字输入脉冲信号转换为旋转运动的电磁执行元件，它本身所特有的高精度、无漂移、无累计误差等优点，使他成为目前机电一体化产品中，唯一能使用开环控制技术的伺服和执行的元件。目前，高精度步进电机驱动技术已十分成熟，且具有控制系统结构简单、工作可靠、成本低廉的优点。步进电机不是电压控制型元件，而是频率型控制元件。步进电机转动的快慢、角度决定于数字脉冲信号的频率。即使放大器的“零漂移”使控制信号的幅度改变，也不会改变步进电机的转速。而采用计算机产生的控制信号是很稳定的。因此，拟采用步进电机，以使焊枪的位移更准确。
2焊接机械手设计的总体构想
2.1 焊接机械手的组成
所谓焊接机器人，一般指6轴机器人本体，夹持重量为6kg，也就有6个自由度：X，Y，Z用于定位，偏转(yaw)角，俯仰(pitch)角和旋转(roll)角用于定向，能够沿着三维曲线运动，到达任意角度的任意位置；另外，还包括一套控制系统和焊接系统（焊接电源、焊枪、焊接软件系统等）。为完成一项点焊机器人工程，除需要点焊机器人以外，还需要使用的后边设备。点焊机器人与周边设备组成的系统，称点焊机器人集成系统。
经济型点焊机器人主要应用在焊点分布简单，焊接工作量大，焊接劳动强度大、焊接环境恶劣的工作。一般焊接机器人要求周边设备的传动精度偏高。
。
图2.1
自动焊接设备的结构
整机结构：自动焊接设备由焊接机头、行走环行导轨、控制系统组成，结构上个为一体。（如上图2.1）
控制系统：包括微型计算机（或笔记本电脑）和控制箱，微型计算机由朱基、键盘、显示器、输入设备、输入输出接口等组成；控制箱由输入输出接口电路、功率驱动电路和焊枪位置控制的各种模板组成。
焊枪位置控制：采用焊枪位置信号、送死控制模板、弧压控制模板、机械电弧摆动模板等实现焊枪位置的控制。在管道全方位自动焊接时，生产工人需要跟随焊接机头对焊枪位置作适当的调整。
焊枪作业方式:
焊接电源：控制焊接工艺参数的旋钮、按键都集中在控制盒或焊接机头上，通过旋钮、按键操作改变焊接工艺参数，因此，弧焊电源是一个专用的焊接电源。
对成熟焊接工艺的继承和再现：焊接执行部件是焊接机头，其在焊接过程中应作多种复合远动，是焊枪保持一定的姿态。但受焊接机头运动自由度的限制，不易实现
多种的复合远动。因此，焊接工艺参数的制定需要工艺试验，一般采用分段法，需要生产工人跟随焊接机头对焊枪位置作适当的调整，对成熟焊接工艺的继承和再现性差。
2.2 总体方案的确定
所谓的方案，就是为了实现某种运动而专门对装置本身作出的总体实现思路和具体的实践内容。
机械手系统总体方案的内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。应根椐设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行总体分析和论证，最后确定总体方案。
系统运动方式的确定：
焊接机械手按运动方式已经由题目归定好了，选用5轴联动式。
伺服系统的选择：
旋转、摆动机构采用开环控制系统，选用快速步进电机。开环控制系统无检测元件，系统结构简单，造价低，调整和维修都容易。
执行机构传动方式的确定：
为保证系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装配时，应考虑以下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。
（2）尽量消除传动间隙。
（3）缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动误差。可以采用预紧以提高系统的传动刚度。例如，在丝杠的两支承端轴向固定，并加预紧拉伸的结构等来提高传动刚度。
2.2.1总体布局的确定
总体布局就是解决装置各个部件间的相对运动和相对位置，并使装置有一个协调完美的造型。
总体布局的依据：工件尺寸、形状、重量、加工方法及工艺要求。
本课程设计的题目为5轴机械手，其运动机构为摆动机构及其减速机构和旋转机构。其总体布局有如下图2.2
装置的总体布局要通过联系尺寸来体现，联系尺寸也是结构设计的关键。初步确定的联系尺寸是个部件的设计依据，并通过部件的设计，还应对联系尺寸进行必要的修改，最后确定装配总图。
联系尺寸包括：
(1).机械手的外型尺寸，长宽高，及个部分的轮廓尺寸。
(2).各部件的连结、配合和相关位置尺寸。
(3).移动部件的行程和极限位置，调整位置。
(4).驱动装置和控制器以及执行器的位置和间距等。
运动简图如下:
图2.3
2.2.2设计的具体步骤
选定总体方案后，初确定执行件的材料、大小或型号，计算出步进电机的最大输
出转矩，选择步进电机的型号。由电机的输出转矩来校核执行件的强度，并最后确定其基本尺寸的大小。
选定执行件的支撑件并进行强度校核或寿命计算。其它一些辅助支承、固定、连接件等，都可查手册进行选择。
关于转动惯量的计算参阅了《理论力学》第五版下册95页，强度校核参阅《材料力学》和《机械设计》第三版，选取步进电机参阅了《机电传动控制》第三版359页
减速机构的确定：拟采用少齿差行星齿轮减速器。少齿差传动包括渐开线少齿差、摆线少齿差、圆弧少齿差、活齿少齿差传动等。H 型星轮减速器（JB/T 8712-1998）代替原混合少齿差星轮减速器属于少齿差渐开线行星轮传动，具有体积小，承载能力高，传动比宽、密，效率高，寿命长，传动平稳，允许高速输入的特点。
工作条件：输入转速28B 型以下≤3000r/min, 40B 型以下≤1800r/min, 45B 型以下≤1000r/min, Y 型以下≤1500r/min;公称转矩 2.107—588kNm;传动功率0.25—2000kW;工作温度-40--45℃，低于0℃时，启动前润滑油应预热，高于45℃时采用降温措施。
锥齿轮或连杆的设计可参阅《机械设计》的相关内容，进行设计。然后将摆臂和减速齿轮的转动惯量折算成驱动电机输出轴的负载惯量，由其转动惯量计算出电机输出轴的负载转矩。根据负载转矩选取驱动电机的型号。
微机控制系统硬件部分设计：
首先绘制出系统电气控制的结构框图，然后选择中央外理单元CPU 的类型，再根据CPU 的特点，依最小系统和控制电路的需要，设计出它的外部扩展电路。例如外部扩展I/O 电路、检测电路、转换电路及驱动电路等，并选择控制电路中各个电气元件的参数和型号。绘制出完整的电气原理图。
软件的设计：画出程序流程图，包括总的程序流程图、控制电机的控制子程序流程图和中断报务子程序流程图。
确定系统脉冲当量：脉冲当量是步进电机驱动的机械手上的移动部件，在每一个进给脉冲发出后，其相对位移量。脉冲当量的大小是由机械手的精度确定的。本设计的脉冲当量是 0.1mm 。
在丝杠螺母副的传动系统中，系统中的脉冲当量 )(mm p δ与步进电机的步距角 )( b θ、丝杠螺距 t(mm)及系统传动比 i 之间的关系为
t i p p θδ360=
(3-1)
1.确定控制电机
1).数控装置对伺服系统的基本要求是输出能够迅速而精确的响应输入的变化。具体的说有以下几点：
(1).稳定性：伺服系统在其工作范围内应是稳定的。
(2).精度：伺服系统能在比较经济的情况下达到给定的精度。
(3).快速响应：系统输出响应速度要尽可能的快。
(4).灵敏度：系统对参数的变化灵敏度要小，就是说系统性能应下受参数的变化的影响。
(5).抗干挠能力：系统应有很好的抵抗外部负载干挠和环境噪声影响的能力。 由于机械手的工作情况，所选取的伺服电机应该具有的基本特点是：
? 调速范围宽，伺服电机应满足调速要求。
? 负载特性硬，在调速范围内电机应有足够的驱动力矩。
? 动态响应快。
2)步进电机的选择
(1).步进电机的类型的确定
数控伺服系统中常用的步进电机有快速步进电机和功率步进电机。快速步进电机的输出转距一般为：0.007NM---4NM 。可以用来控制小型的数控装置。功率步进电机的输出转距一般为：5NM---40NM 。可以直接用来驱动大型的数控装置。
此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相等。相数越多步距角越小，但结构也越复杂。在选择步进电机时，首先要确定步进电机的类型。
(2).步进电机步距角的选择
步进电机的步距角β是步进电机的主要性能指标之一。不同的场合，对步距角大小的要求不同。它的大小直接影响着步进电机的启动和运行频率，因此在选择步进电机时，应使其步距角β小于或等于系统对步进电机最小转角的要求，
即，步距角应满足
min θβi ≤ (3-2)
式中， i -----传动比
min θ------负载要求的最小位移量，（或称之为脉冲当量，即每一个脉冲所对应的负载轴的位移增量）。
(3).最大静转矩max /s T
负载转矩和最大静转矩的关系为
max /)5.03.0(s l T T ---= (3-3)
为保证步进电机在系统中正常工作，还必须满足
max /L st T T >
式中 st T -----步进电机启动转矩
max /L T -----最大负载转矩
通常取
st T =max /L T /(0.3----0.5) (3-4)
(4).负载启动频率q f ：
步进电机的负载启动频率由下式计算 )(100060Hz V f p t q ?=
σ
式中 t V ------系统中移动部件的最大启动速度
p σ-----系统脉冲当量
只要负载启动频率不大于允许的最大启动频率即可。
(5).最大运行频率的确定
由于步进电机在运行时，驱动力矩随着频率的增加而下降，因而必须按工作时的负载力矩T 从“运行矩频特性曲线”中查出最大运行频率max f (Hz)。假设系统在工作负载情况下的最大速度为max V (m/min)，系统脉冲当量为
p σ(mm)，则步进电机在工
作负载情况下的最大允许工作频率 max f 为： max f =)(100060max Hz V p ?σ (3-5)
2.3 传动和执行件的选择
2.3.1丝杠螺母副
(1).主要确定丝杠的外径d ，及长度，选择螺纹的类型，牙型角β，计算出螺纹中径d2，螺纹升角φ，定出螺距P ，求出螺纹导程S 。可用下式进行计算
螺纹升角φ：
2tan d nP
πφ= (3-6) 式中 n ----螺纹数，一般取 n =1
P ----螺距
导程 nP S =
则 2arctan d P
πφ=
再利用下式计算出丝杠的质量1m ，以及螺母的质量2m 。
钢ρπl d m 42
1=
3
3/108.7m kg ?=钢ρ
(2). 电动机启动、加速时的负载扭矩
通过下式计算出电动机启动、加速时的负载扭矩： 113221])(1[M J J J i M +++=αα (3-7) 式中 1J -------丝杠的转动惯量
2
1121
r m J = (3-8)
此公式也用来计算齿轮等圆形零件的转动惯量
i ------由电机轴到丝杠一级齿轮减速器的传动比，
2J -----丝杠上的齿轮的转动惯量
2α-----丝杠启动的角加速度
3J -----电机轴上齿轮的转动惯量
1α-----电机启动的角加速度
1M -----螺母作用在丝杠上的扭矩
其中， 2α=1α/i 2)(tan 2
221d f a m M +=φ
式中 2a -----螺母的线加速度
2a =2αS
f -----螺母与丝杠间的磨擦系数，一般取f =0.1---0.3
还要计算出夹紧力对丝杠的扭矩：
2)(tan 2
2d f F M +=φ (3-9) 式中 F------夹紧力
将2M 折算到电机轴上去：
i M M /2`= (3).丝杠及轴类零件的强度校核：
轴类零件的强度校核可以依据下式来进行计算 336min ][2.01055.9n P C n P d t =?≥τ (3-10) ][2.01055.93min 6t T t d n P W T ττ?≈=
(3-11)
式中 P ------轴传递的功率（kW ）
t τ------扭应力(MPa)
T W -----轴的抗扭截面系数(3
mm ) n ------轴的转速(r/min)
C-------常数，见表3-2
][t τ-----许用应力(MPa)，见表3-2
min d -----零件中的最小直径(mm)
T--------轴承受的转矩,T=P*9.55*1000000/n
表2.1 轴常用的几种材料的][t τ及C 值
2.3.2齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆
(1).关于齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆的设计，在《机械设计》第三版中有详细的说明，其中主要是确定它的几个重要的参数，如齿轮、齿条的分度圆直径、齿顶高等；蜗轮的分度圆直径、喉圆直径、齿根圆直径等。在选出电机后，还需要对这些传动件和运动件进行校核。
(2).多级变速机构转动惯量的折算
在选择摆动机构的驱动电机时，需要将摆臂、转塔、各级齿轮（或蜗轮）及其轮轴（或蜗杆）的转动惯量折算到电机轴上。转动惯量的折算：
n n n n n J i i J i i J i i J i i i J J +??+?+?+?+?=433221210 (3-12)
式中 0J -----摆臂相对于腰部的转动惯量
1J -----腰部的转动惯量
2J -----与腰部相连的轴及其上的转筒的转动惯量
3J -----次级轮轴及其上的齿轮的转动惯量
n J -----电动机轴上的齿轮的转动惯量
2
0031l m J =
)(212'1'211r m r m J += 式中 ，m 摆臂的总质量
----0l 为摆臂的长度 1m -----轴1的质量，r 为半径
'
1m -----轴1上的齿轮质量，'r 为齿轮半径 以后的各级转动轮轴的转动惯量的计算方法，与1J 的算法相同。上式是在不考虑机械效率的情况下进行的折算。若要考虑机械效率，则应在减速比(如n i i i ?21)中增加机械效率 η因子（详见第四章的相关部分）。
2.3.3滚动轴承
滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制定有国家标准，在机械设计中只需根据
工作条件选择合适的轴承类型，尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。
按滚动轴承承受载荷的作用方向，常用轴承可分为三类，即径向接触轴承、向心角接触球轴承和轴向接触轴承。
在机械手的设计中，通常使用角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承和推力球轴承的组合件。选择轴承要根据它所支承的轴的粗度（一般轴径的设计要先由计算的强度来确定基本尺寸，再根据GB/T2822-81来选取标准尺寸，也可以根据标准件如轴承等决定）来决定的，选定轴承后，还要进行轴承的寿命计算，可以根据下面的经验公式来计算。
轴承的寿命： ε)(60106010610610
p h F C n L n L == (3-13)
式中 10L -----基本额定寿命(610r)
ε------寿命指数，球轴承的ε=3，滚子轴承的ε=10/3 C------10L =1时，轴承所承受的动载荷，也称之为基本额定动载荷。o C C =，查标准件手册的轴承部分即可以得到O C
n------轴承转速
当量动载荷 A R p YF XF F += (3-14)
式中 R F ----轴承承受的径向荷
A F ----轴承承受的轴向载荷
X ----径向载荷系数，查表3-3
Y -----轴向载荷系数，查表3-3
在实际计算中，考虑机械工作中的冲击、振动对机械受载的影响，应引入载荷性质的系数p f （表2.1），因此轴承的当量动载荷计算公式为
)
(A R p P YF XF f F += (3-15)
表2.2 载荷性质系数p f
2.4 设计实例和典型计算
其机械结构，如图2-1所示：以大臂的电机选择为例
首先取丝杠长550mm ，其上螺纹长200mm ，下面开始进行具体的设计：
1).执行机构的设计
(1).选取丝杠的材料：调制45钢，
直径：d=32mm ，
长：L=550mm ，
导程：10；钢球直径：6.35;丝杠外径：30.3；轴径：24.3;循环圈数：4
螺纹升角φ： 2tan d nP πφ= 式3-6
取 n=5, P=4, 则 ?===48.62810arctan arctan 2ππφd P
(2).电动机的负载力矩
113221])(1[M J J J i M +++=αα 式3-7
取 28=i
丝杠的转动惯量：
21121r m J ==0.0001044622kgms 式3-8 j2=m 小臂l 小臂2/3+2=40x(0.67-0.09+0.2)2/3+40x(0.444-0.2)2=10.493
j3=3.147
取丝杠的最高转速为 s r n /13=
设电机可在 0.1s 内达到最大速度，所以
角加速度： 秒弧度/168
.82==n πα 螺母的加速度： 233/0245
.0103168.810s m nS a =??=?=-= 螺母的惯性力： N a m F 002205.022==
螺母对丝杠的转矩： 22210035.02
)(tan kgms d f F M =+=φ f -----摩擦系数，可查表得
所以加速阶段的电机输出转矩为
NM M M M 00918.012=+=
2).选取电动机
电动机的型号主要靠其启动阶段的负载扭矩来决定，由公式
st T =max /L T /(0.3----0.5) 式3-4
式中 M T L =max /
故 st T =max /L T /(0.3----0.5)=(0.0184---0.031)NM
步进电机的步距角： min θβi ≤ 式3-2
min θ=it p
δ360 式3-1
t=S, i=28, mm p 1.0=δ
min θ=it p
δ 360=1.28°
查手册，选取：90BYG550A 型步进电机。从而小臂驱动电机选择90BYG550A 足够。
3).丝杠的强度校核
丝杠的强度可用公式3-10来进行校核，
336min ][2.01055.9n P C n P d t =?≥τ
取 C=110
n=13×60=780r/min
功率 P=Tn/9550000
T=0.031×1000=196Nmm
丝杠最小直径： 33
6min ][2.01055.9n P C n P d t =?≥τ=17.35901mm
丝杠的强度足够了，且考虑结构和工艺的要求，取 mm d 24min =。
4).锥齿轮传动
参照《机械设计》第九章，设计锥齿轮如下：
材料：调制45钢。
模数为： 5.1=m
齿轮1齿数：251=z
齿轮1分度圆直径：mm m z d 5.3711==
齿轮1齿宽：mm b 51=
齿轮2齿数：25125212===x i z z
齿轮2分度圆直径：mm m z d 5.3722==
齿轮2齿宽：mm b 52=
齿轮1质量： kg b d m 043.0412
13==钢ρπ
齿轮2质量：
kg b d m 043.042222==钢ρπ
等效转动惯量的折算 通过公式3-12， n n n n n J i i J i i J i i J i i i J J +??+?+?+?+?=
433221210
增加机械效率因子，变换公式如下： 算到电机轴的转动惯量： 3
2222121121210
J i J i i J i i J J +++=ηηηηη
式中， 0J -----车轮的转动惯量
设连杆轮质量为： kg m 39.00=
则
2
2000001248.021kgms r m J ==，0r 为连杆轮的半径
1J -----电机轴上的齿轮的转动惯量，23000018
.0kgms J = J2=J3=J0
I 0=i 1=i 2
查表4-3，得 95.0,7.021==ηη
则， 32222121121210J i J i i J i i J J +++=
ηηηηη=200509.0kgms
可知电机的负载转矩：
NM T J T 084.21=+=α
由此，再参照式3-1和3-2算出步矩角，可选择步进电机110BYG550B
5)其余类似部件的选择如上述计算过程。
腰部旋转驱动电机选用130BYG250E
3 机械手驱动电机的优化选择
3.1 前言
我们针对机械行业的需要,采用步进电机驱动,设计制造了一种HJ （焊接） 型六自由度、全电动、连续轨迹示教、空间关节型机器人(以下简称HJ 机器人或HJ) ,用于
上下料机械手课程设计说明书
专业课程设计 任务书 一、目的与要求 《专业课程设计》是机械设计及自动化专业方向学生的重要实践性教育环节，也是该专业学生毕业设计前的最后一次课程设计。拟通过《专业课程设计》这一教学环节来着重提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构功能设计能力、机械系统设计的能力和综合运用现代设计方法的能力，培养学生的创新与实践能力。在《专业课程设计》中，应始终注重学生能力的培养与提高。《专业课程设计》的题目为工业机械手设计，要求学生在教师的指导下，独立完成整个设计过程。学生通过《专业课程设计》，应该在下述几个方面得到锻炼： 1．综合运用已学过的“机械设计学”、“液压传动”、“机械系统设计”、“计算机辅助设计”等课程和其他已学过的有关先修课程的理论和实际知识，解决某一个具体设计问题，是所学知识得到进一步巩固、深化和发展。 2．通过比较完整地设计某一机电产品，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机电产品设计的一般方法和步骤。 3．培养机械设计工作者必备的基本技能，及熟练
地应用有关参考资料，如设计图表、手册、图册、标 准和规范等。 4． 进一步培养学生的自学能力、创新能力和综合 素质。 二．主要内容 表1精锻机上料机械手主要技术参数 手臂运动形式 （ 圆柱坐标式 抓取重量 60kgf 自由度 4个 手 手臂运动行程和速度 水平伸缩 500mm 设定点2 升降 600mm 设定点2 左右旋转 200度 设定点3 手腕回转和速度180度 设定点2 手指夹持范围 四种规格 90-120 定位方式和定位精度 机械挡块 +-1mm 控制方式 点位程控，开关板预选 驱动方式 液压 kgf/cm2
机械与装备工程学院 课程设计说明书（2016/2017学年第 1学期） 课程名称：机械设计课程设计 题目：搬运机械手的设计 专业班级：机械设计制造及其自动化学生： 学号： 130200216 指导教师： 设计周数： 2周 设计成绩： 2016年 12月 31日
第一章绪论 (1) 1.1 机械手的应用现状 (1) 1.2 机械手研究的目的、意义 (1) 1.3 设计时要解决的几个问题 (1) 第二章机械手总体方案的设计 (3) 2.1 机械手的系统工作原理及组成 (3) 2.2 机械手的基本结构及工作流程 (3) 第三章机械手的方案设计及其主要参数 (5) 3.1 坐标形式和自由度选择 (5) 3.2 执行机构 (5) 3.3 驱动系统 (6) 3.4 控制系统 (7) 第四章结构设计及优化 (8) 4.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.1手部夹紧气缸的设计 (8) 4.1.2 确定气缸直径 (9) 4.1.3 气缸作用力的计算及校核 (9) 4.1.4 缸筒壁厚的设计 (10) 4.1.5 气缸的基本组成部分及工作原理 (10) 4.2手臂结构优化设计 (10) 4.2.1问题描述 (10) 4.2.2设计分析 (10) 4.2.3建立数学模型 (12) 4.2.4优化计算 (13) 4.2.5优化结果分析 (16) 第五章 Adams运动仿真 (17) 总结与展望 (20)
机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。 本设计中的搬运机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。 本文中对机械手臂运用MATLAB算法进行优化设计，它使得优化过程变得非常简单、容易理解和掌握，从而避免编写各种复杂的运算程序，提高了设计效率。 用 ADAMS 软件建立虚拟样机进行仿真并优化参数，得出了机械手的运动过程的演示动画，发现设计结构能有机地结合在一起，工作平稳，并在指定的速度和负载等参数下得出了所需要的驱动力和结构参数等。虚拟样机代替物理样机对工程机械进行创新设计、测试和评估，可以降低设计成本，缩短开发周期，而且设计质量和效率都可以得到提高。 关键词:机械手，气动，优化设计，仿真
江苏城市职业学院五年制（高职） 毕业设计论文 设计课题：焊接机械手设计 学校：江苏城市职业学院（常熟办学点） 年级：2009级 专业：机电一体化 姓名：曹胜 学号：0921010113 指导老师：杜建峰 职称：讲师 2013年12月
摘要 本次设计是焊接机械手设计，在设计过程中，要求我们运用机电的知识完成，其设计的内容主要包括，机械手中大臂的设计，电气系统设计等内容。 此次设计的焊接机械手实际是五自由度的关节机器人。采用步进电机驱动、微机控制，结构紧凑，工作范围大，动作灵活，不仅用于弧焊作业，还可用于搬运和装配作业。 弧焊机器人在通用机械、金属结构等许多行业中得到广泛运用。弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，因而对其性能有着特殊的要求。在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下，焊接速度约取5-50mm/s，轨迹精度约为±（0.2-0.5）mm。 电气系统的设计就是运用机电传动的知识，即PLC系统进行控制，PLC控制系统有西门子系统，欧姆龙系统等。 关键词：焊接机械手 PLC
目录 前言 (1) 第一章焊接机械手的总体方案设计 (2) 1.1 焊接机器人的主要组成 (2) 1.2 焊接机器人大臂的设计 (3) 1.2.1 大臂的工作方式 (3) 1.2.2 大臂电动机的选择 (3) 1.2.3 大臂上谐波齿轮传动的设计 (4) 1.3 焊接机器人末端执行器的设计 (6) 第二章PLC系统设计 (9) 2.1电气设备概述 (9) 2.1.1电气控制的变压系统部分设计 (9) 2.1.2电气控制的部分设计 (9) 2.2 PLC的应用 (11) 2.2.1 梯形图的设计 (11) 2.2.2 用功能表图表示控制过程 (13) 2.2.3 I/O分配表与配线图 (14) 2.2.4 写出梯形图 (16) 小结 (19) 致谢 (20) 参考文献 (21)
上下料机械手 上下料机械手主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适 用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等。在国内的机械加工，目前很多都是使 用专机或人工进行机床上下料的方式，这在产品比较单一、产能不高的情况下是非常 适合的，但是随着社会的进步和发展，科技的日益进步，产品更新换代加快，使用专 机或人工进行机床上下料就暴露出了很多的不足和弱点，一方面专机占地面积大结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；另一方面，它的柔性不够，难以适应日益加快的变化，不利于产品结构的调整；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低下，且使用人工上下料的产品质量的稳定性不够， 不能满足大批量生产的需求。 广州神勇智能装备有限公司在研发生产上下料机械手方面具有丰富的经验。已有 很多成功案例解决现在中小企业招工难的问题。 使用上下料机器人自动柔性搬运系统就可以解决以上问题, 该系统具有很高的效 率和产品质量稳定性, 柔性较高且可靠性高, 结构简单更易于维护, 可以满足不同种类产品的生产, 对用户来说, 可以很快进行产品结构的调整和扩大产能, 并且可以大大降低产业工人的劳动强度。 上下料机器人采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。组成部分有：立柱、横梁(X轴)、竖梁(Z轴)、控制系统、上下料仓系统、爪手系 统等。各模块在机械上彼此相对独立，亦可以在一定范围内进行任意组合，可实现对 车床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床等类设备的自动化生产。 上下料机器人的安装调试可以与加工机床分开进行，机床部分为标准机即可。机
器人部分是一个完全独立体，即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之，机器人故障时，只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。 机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制 着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作， 顺利完成生产。机器人控制系统功能：①对机器人 运行轨迹进行编程;②对各部分机构独立操作;③ 提 供必要的操作指导及诊断信息;④ 能协调机器人与 机床之间的工作过程;⑤ 控制系统具有丰富的I/O 口资源，可扩展;⑥多种控制模式，如：自动，手动，停止，急停，故障诊断。 优越性： (1) 生产效率高：要提高生产效率，必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上、下料取代了人工操作，这样就可以很好的控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。 (2) 工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对员工还要进行培训的时间，快速就可投产。 (3) 提高工件出场质量：机器人自动化生产线，从上料，装夹，下料完全由机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高，特别是工件表面更美观。 应用领域：在实践中，自动上下料机器手几乎可以在工业生产中的各行各业被大量广泛应用，具有操作方便，效率高，工件质量高等优点，同时将操作工人从繁重，单调的工作环境中解救出来，越来越受到生产厂家的青睐，拥有此套生产线势必能凸显企业生产实力，提高市场的竞争力，是工业生产加工的必然趋势。
焊接机械手毕业设计 【篇一：自动焊接机械手设计(毕业设计)】 自动焊接机械手设计 1 绪论 1.1 技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测 传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三 维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多 品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、 人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动 化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长 和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速 反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗 恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它 是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术 领域不可缺少的自动化设备。 1.2 现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： (1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操 作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3 万美元降至97年的6．5万美元。 (2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组 方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便 于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模 块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加 速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、
一、前景: 1.1 低成本竞争的加剧，环境法规的日趋严格，以及从业人员生产技能的降低，致使制造商承受着越来越大的压力。此外，制造商还面临提高生产力、产品质量及安全水平的挑战。在这种形式下，采取可持续的制造解决方案是一条成本效益显著的途径，可实现经济效益、环境效益乃至工厂总体绩效的全面改善。由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中工业机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在制造行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的焊接、搬运、装卸，尤其是在工作环境高温辐射恶劣焊接使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把焊机设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。 1.2焊接机械手应用及发展现状和趋势 目前，我国大多数工厂的生产线上工件的焊接成型仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危
险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合加工工件的实际结构，利用机械手技术，设计用一台焊接机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与焊接辅机组合最终形成焊接生产工作站，实现加工过程的自动化和无人化。目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下： a．机械结构向模块化、可重构化发展。 b．工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化、智能化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。 c．支持各种焊接工艺（氩弧焊接,CO2焊接等）。 1.支持示教编辑，编程更方便。 2.XYZU动作及其各气动部件逻辑关系清晰明了，轴及IO 可独立或并联控制（支持直线、圆弧插补功能）。 3：完善的工艺设置参数及指令集，系统运行更平滑顺畅。本系统支持直线,圆弧,螺旋, 三轴空间圆弧插补,四轴空间圆弧插补，支持三轴圆弧跟随U轴，摆焊。2路0-10V电压信号输出。8路0-10v电压输入。跟多电压输出要求.可以扩展。 4：控制系统经过严格多项可靠性测试，如EFT（电快速瞬变/脉冲群）、EMC（电磁兼容性）、ESD（静电放电测试）、高低
专业课程设计说明书
目录 第1章课题规划 (1) 1.1 课题背景分析 (1) 1.2 设计任务书 (3) 第2章功能分析 (4) 2.1 设计任务功能分析 (4) 2.1.1 总功能提炼 (4) 2.1.2 功能分解 (4) 2.1.3 功能结构分析及功能结构图绘制 (4) 2.2 本章小结 (5) 第3章系统原理方案设计 (7) 3.1 功能单元求解 (7) 3.1.1 分功能求解 (7) 3.1.2 系统原理方案综合求解 (7) 3.1.3 方案优化及评价 (7) 3.2 本章小结 (7) 第4章总体设计 (9) 4.1 系统总体结构草图 (9) 4.2 本章小结 (14) 第5章总结 (15) 参考文献 (17)
第1章课题规划 1.1课题背景分析 从1954年美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机械手至今，机械手已经发展了三代。通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，则会自动重复进行作业的示教再现型机械手被称为第一代机械手，而能利用传感器获取的信息控制机械手被称为第二代机械手。而第三代机械手就是智能机器人。对于智能机器人，尽管欧美和日本等许多国家都投入了大量人力和物力，但现在其仍然处于发展阶段。目前对我国而言发展第一、第二代机器人更具有实际意义。我国机械手的发展是从20世纪50年代的固定动作机械手开始的，然后经历了60年代的数控机械手，在1978年时机械手才‘真正开始得到研究和应用，到现在工业机械手与智能机器人愈来愈受到各届的的关注，并已经纳入了我国高科技规划及科技发展计划之中。伴随着人类社会的不断发展，科学和技术的不断进步，人类对资源的依赖也越来越大，最终将不可避免的要向陆地以外甚至是地球以外的地方扩展，而在这些对人类来说恶劣的环境里，机械手的发展就显得尤为重要了。作为新生产力代表的劳动工具，机械手能代替人类在恶劣的环境中完成人类无法完成又不得不做的工作。由于机械手的应用不得不向更广的范围延伸，这就要求机械手有更好的通用性，更高的适应能力，更加专业化，当然在这个基础上还有考虑到机械手的经济性要求。所以发展在能满足基本功能要求的基础上，实现结构模块化、方便修改设计、通用性强并且可靠性高的的机械手是市场所需，社会发展的必然。作为一门发展迅速的前沿学科，机械手一方面涉及的领域广泛，交叉着多门学科;另一方面其自身的发展也相当迅速，不断出现需要研究的新问题。在自动化程度要求越来越高的现代世界经济中，机械手的应用也因此变得越来越广泛；已经由科学和技术的研究领域扩展到了人们日常生活的民用领域。这对机械手性能和功能的进一步改善和提高提出了更高的要求。 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车
本科毕业设计(论文) 题目：焊接机械手的结构设计 系别：机电信息系 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 2013年5月
焊接机械手的结构设计 摘要 本设计为焊接机械手的结构设计，主要研究内容：腰部回转机构的设计；大、小臂和腕部回转的结构设计。 本设计由整体布局入手，参考现有关节型机械臂的相关设计，初步确定腰部的转动惯量，从而确定电机的选型，安装等相关设计。在机械臂的灵活和精度的前提下完成总体结构的设计，然后根据总体结构，从而确定本设计的机械臂各个主要零部件的设计。 在主要零部件的设计中，主要包括腰部壳体的设计、轴的结构设计、轴承的选择、电机的设计计算、大小臂的结构和固定等。 本设计整体在现有关节型机械臂的结构上做了修改，使得它能够更好的满足本设计的设计要求。本设计结构简单、重量轻、外形尺寸小、设备费用低、运转安全、操作方便、便于维修和管理。 关键词：机械手；谐波减速器；结构设计
Structure design of robot arm Abstract The design for the design of welding structure of the manipulator, the main research contents: the design of the waist turning mechanism；structure design of large, small arm and wrist rotation. This design by the overall layout with reference to the relevant design, the existing joint type manipulator, preliminary determine the moment of inertia of the waist, so as to determine the motor selection, installation and other related design. Complete the design of the overall structure of the flexible manipulator based on precision and the next, and then based on the overall structure, design of mechanical arm to determine the design of all the major components of the. The design of the main components, including the housing design, structural design of shaft, bearing selection, design and calculation of the size of motor, arm structure and fixed. The design of the whole made changes in the existing joint type manipulator structure, so that it can better meet the design requirement of this design. The design has simple structure, light weight, small size, low cost of equipment, operation safety, convenient operation, easy to repair and management. KeyWords：robot arm；harmonic drive；structure design
1 绪论 1.1工业机械手的概述 工业机器手是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；他是可编程、具有柔性的自动化系统，可以允许进行人机联系。可以通俗的理解为“机器人是技术系统的一种类别，它能以其动作复现人的动作和职能；它与传统的自动机的区别在于有更大的万能性和多目的用途，可以反复调整以执行不同的功能。” 工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台。 世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。 上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。根据作业要求及载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。 国内外实际使用的多是定位控制的机械手，没有“视觉”和“触觉”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触觉”的工业机械手，使它能够对所抓取的工件进行分辨，能选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确地在机器上定位、定向。 为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零部件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓取的工
自动焊接机械手设计 1 绪论 1.1 技术概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2 现状及国内外发展趋势 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： (1)工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10．3万美元降至97年的6．5万美元。
(2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其
-- 摘要 本次设计的课题是自动上下料机械手的主要零部件设计及三维造型,确定了机械手的座标型式和自由度，确定了机械手的技术参数。 机械手能代替人工操作,起到减轻工人劳动强度，节约加工时间,提高生产效率，降低生产成本的特点。在实用基础上，对自动上下料机械手直臂与夹持部件进行三维设计，其中分为三个部分:手爪、手腕、直臂。整体机械手为直角坐标型，驱动均为电机驱动,结构简单可靠,精度高。设计了手爪为平移型夹持式手爪，传动结构为滑动丝杆；手腕为回转型，转动角度为0-180°，传动结构为蜗轮蜗杆；设计了机械手的手腕结构，计算出了手腕转动时所需的驱动力矩；画出机械手的运动简图;对工作机构和传动系统进行设计计算，包括主要部件的设计计算、强度校核和运动分析;设计绘制起升装置的总图和主要零件工作图;利用三维CAD软件对主要零件进行实体设计和造型。 关键词:直臂与夹持部件;机械手；CAD二维设计；Prｏ／ｅ三维设计
Abstract Thｅtopic of this ｄｅsiｇn iｓthｅｍaｉn ｃompoｎent ｏf theａutomatiｃup-ｄoｗn mａｔerial manipuｌatｏr ｄesiｇn and 3 d mｏdeｌling, detｅrmｉｎe the ｃoordｉnates ｏfｔhe manipulatｏr type ａnd dｅｇｒeｅof freedom, dｅterｍine the techniｃal pａrameters of tｈe manipuｌａtor. Ｒｏｂots cａn ｒeplａce manｕａｌopｅｒａtion，reduce lａboｒｉntensitｙ，savｅｐroceｓｓing time,ｉｍprove the producｔion efficieｎｃy,rｅducｅtｈｅpｒｏdｕction cｏｓｔ.Ｏn the bａsis of practｉcａｌ，aｕtoｍatic manｉpulａtor arm ｓtrａｉｇht up andｄowｎanｄclampiｎg ｐarts fｏr 3 d ｄesｉgｎ，ｗhｉch is ｄｉvided into ｔhree pａrｔs: ｈand, wrist，arｍstraighｔ. Iｎtegral ｔyｐｅｍanｉｐuｌator ｆor ｒectangular coordiｎates, ｄriｖe fｏｒmotｏｒdriｖe, strｕcturｅsimple，ｒeliａble and ｈigｈprｅｃisｉon．Ｄeｓｉgnｈａnd clａw clａｍｐing tyｐｅgｒiｐper ｆor tｒansｌａtｉon, tｈe ｔransｍission sｔrｕctｕｒｅfor slｉｄing screw; Ｗrist fｏr ｔｒaｎsfｏｒmatｉｏn, roｔaｔｉoｎAｎglｅoｆ0-180°, foｒtheｗorm gear aｎd worm drｉvｅstructurｅ；Ｍanｉpulaｔor wrist ｓt ｒuctuｒeｗas dｅsｉgned, caｌcuｌateｄｔhe ｗｒｉｓtｗｈｅnｔｈe d ｒｉｖinｇmoｍent；Draw thｅｍanｉpｕlator kinematic skｅtch; Ｔhe woｒｋiｎｇmｅchanism and tｒansmissｉon systｅm deｓign and cａlculation, inc ｌuｄｉng desｉgｎｃａlcｕlatｉｏn, inｔensity and tｈeｍovｅmeｎt o ｆtｈe main partｓof ａnａlysis; Deｓｉgn dｒawing gｅneｒaｌlayouｔand ｍaiｎparts ｏｆｌiftinｇdｅvｉce wｏrkｉｎｇdrawinｇ；Ｕsing th ｒee-ｄimeｎsiｏnaｌCＡＤｓｏfｔwarｅfor thｅｍaiｎpaｒｔs ｆor physicaｌdesｉgｎaｎd moｄｅｌling. Kｅｙwｏrd: Straight arm and clamping ｐａｒtｓ; Manipulaｔor; 2 d ＣAD ｄeｓｉgn;Ｐro/e 3 d desｉgn
摘要 随着科学技术的发展，人类社会进入了一个以自动化和电子技术为标志的新时代。自动化机械大量应用于工业工程中，其中工业机械手的应用最为广泛。工业机械手是一种模仿人手动作的机器，可以取代很多的人工操作，并可以取得更高的效率。 本论文介绍了用于夹持外圆件的上下料机械手的设计。它采用液压驱动，点位程序控制，动作平稳，控制方便。 本论文主要阐述该机械手的升降和回转的设计和计算。首先从机械手的基础知识介绍有关机械手的组成、分类、腕部及臂部设计、液压控制的多种方案，再从本次设计所要求的功能原理设计开始，对于不同的方案加以比较和论证，从中可确定出最优方案，并采用其方案，在对其的结构设计的基础上，对其驱动力和驱动力力矩进行计算。着重阐述了机身的设计，具体阐述了机械手的设计原则和步骤，分析了设计时应注意的问题，并对机械手的平稳性及定位精度给予详细的论述。设计并分析了该机械手所用的液压控制的方法和过程。由于经验不足，知识有限，难免有误，有待改进。 关键词机械手；液压；驱动力；定位精度
ABSTRACT With the development of technology, the human society entered a modern ear for with automation with electronics technique for marking. Automation machine large quantity is applied in industry engineering inside, among them the application of the industry machine hand is the most extensive. The industry machine of a kind of mimicry hand action, can replace a lot of artificials operate, combining can obtain the higher efficiency. This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience. This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve. Key phrase manipulator；liquid presses；driving force；fixed position accuracy 目录
附件C:译文 从工业的角度看——机器人控制发展的现状和前景 Torgny Bro ｇa ?rdh A ＢＢ机器人、S Ｅ－７21?ｓtera 68 Va ¨瑞典 2006年10月５日投稿 2０07年1月14日发表 2007年5月4日网上刊登 摘要: 对于机器人制造商来说机器人控制技术是一项核心竞争力。为了改善机器人性能、减小机器人成本和开发新的功能,机器人制造商做了大量的研发工作。当今，在这一发展领域最引人注目的是多机器人控制、安全控制、力控制、三维视觉、远程控制机器人的监督和无线通信等。目前人们正在研讨受益于这些研发的技术应用和机器人制造商所面临的技术挑战。现阶段,基于模型的控制是工业机器人控制的关键技术。尽管成本压力致使机器人机械结构更加难以控制,为了满足更高的性能要求，控制模型和控制计划还是越来越精确。可以从某些领域找到机器人未来发展的驱动力。这些领域包括汽车行业新的机器人技术，特别是在中小型企业、食品工业、铸造厂等的最后组装以及大型结构的加工和装配领域。在这里本文提出了未来机器人控制发展的一些情况。一种情况是,轻型机器人的概念可能对未来汽车制造和中小型企业（SME)的自动化产生影响。这样的发展可能导致模块化机器人和在机器人臂结构上使用传感器的控制方案的诞生。上面提到的这种传感器也可以用于冗余安全控制的实现。 高度模块化机器人的引进将增加机器人对安装支持的需求，这样就使得即插即用功能变得更为重要。获得高度模块化机器人的一种途径是利用近年来发展起来的一种新型的并行结构机器人结构。相对于机器人底座来说并行机器人结构有很大的工作空间。为进一步有效地使用机器人,自适应机器人方案就被提了出来，这意味着机器人在执行不同的程序是所产生的热应力和疲劳应力分别得到了控制优化。上述陈述的主要结论是:工业机器人的发展是在远离它的限制, 需要大量的研究和开发来获得一个工业机器人自动化更广泛应用。 ＃２00７爱思唯尔有限公司保留所有权利。 关键词:工业机器人,机器人控制;控制功能;控制应用
机电工程学院 机电一体化系统设计 课程设计 设计题目： 专业： 学号： 姓名： 指导老师：
毕业论文（设计）任务书 一、题目：搬运机械手的结构和控制系统设计 二、研究容与目标： 本设计主要的研究容是 1. 用proe绘制搬运机械手三维立体图 2. 用proe转配搬运机械手及制作仿真动画并生成仿真视频制作 3. 利用PLC实现控制系统设计 4. 设计说明书（1份） 目标：让搬运机械手能搬运物品，掌握机械手的设计原理和控制过程三、研究方法：通过不断地查找资料，研究工业机械手的作用，并不断分析最后制作出工业上需要的机械手。 四、主要参考文献：(5篇以上) [1]明保，吕春红等主编.机械手的组成机构及技术指标的确定.高等专科学 校学报，2004.120-134 [2]超主编.气动通用上下料机械手的研究与开发.科技大学，2003.103-121 [3]陆祥生，绣莲主编.机械手.中国铁道,1985.56-58 [4]建编.工业机械人.：理工大学,1992.76-79 [5]允文主编.工业机械手设计.机械工业,1996. [6]蔡自兴主编.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术,2001.12-15 [7]金茂青，曲忠萍，桂华等主编.国外工业机械人发展的态势分析.机械人 技术与应用,2001.23-24 [8]王雄耀主编.近代气动机械人（机械手）的发展及应用.液压气动与密 封,1999.31-32 [9]明主编.单臂回转机械手设计.制造技术与机床，2004. 64-66 [10]军，封志辉主编.多工步搬运机械手的设计.机械设计,2004.27-28
目录 第一章绪论 (2) 1.1工业机器人的简介 (2) 1.2机械手概述 (3) 1.3工业机械手的发展趋势 (4) 1.4 国外研究现状和趋势 (5) 1.6 液压系统传动原理 (7) 第二章电机驱动和液压驱动混合式搬运机械手方案设计 (8) 2.1电动驱动和液压驱动式搬运机械手的组成及各部分关系概述 (8) 2.2液压式搬运机械手方案设计 (8) 2.3机械手的系统工作原理及组成 (9) 2.4机械手手臂的结构设计 (13) 第三章尺寸设计与校核 (18) 3.1手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核 (18) 3.2手臂升降液压缸的尺寸设计与校核 (19) 3.3 腰部传动负载作回转运动的设计与校核 (20) 第四章机械手的PLC控制系统设计 (22) 4.1 PLC的工作原理 (22) 4.2 可编程序控制器的选择及工作过程 (23) 4.3 可编程序控制器的使用步骤 (24) 4.4 机械手可编程序控制器控制方案 (25) 第五章四自由度机械手运动仿真 (27) 5.1运动学仿真过程及定义分析 (27) 结论 (30) 致 (30)
《焊接机械手可行性分析报告》 一﹑概述 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到机械学、力学、自动控制技术、电器液压技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。焊接机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的快速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：一、它能部分的代替人工操作；二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、位置和时间来完成工件的传送与装卸；三、它能操作必要的工具进行装配和焊接，从而大大的改善了作业员的劳动条件，提高了劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、噪音、粉尘以及带有放射性和污染的场合，应用更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。机械手是一种能自动控制并可重新编程以变动的多功能机器，它有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性比较强。但随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中大批量生产中获得广泛的应用。 二、本项目在国内外研究、开发、应用和维护现状 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，当前对机器人技术的研究十分活跃。我国有组织有计划地发展机器人事业．应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。经过十几年来的研制、生产、和应用，有了长足的进步。目前在一些方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，已掌握了机器人的设计制造技术，解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术；还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。 中国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3，即400多台。与世界机器人总装机台数75万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。对中国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。机器人应用效果不理想，直接影响了用户使用更多机器人的信心。 总的来看，我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离，无论从机器人的数量上还是技术上，我们都有一定的差距。进入新世纪以后，国际竞争日益激烈，对机器人的需求越来越大，我国的机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，因此我们需要自主发展机器人高技术，解决产业化前期的关键技术。积极推进我国的机器人产业化的进程。从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、