湖南科技大学能源与安全学院
课程论文
题目 工业机器人浅析
课 程 名 称
姓 名 陈 昕
学 号 0801040233
专 业 工业工程
目 录
一、机器人的组成................................................................................................................................................ 1
二、国内外机器人发展趋势 ................................................................................................................................ 1
1、机器人发展过程 ...................................................................................................................................... 1
2、国内机器人发展趋势 .............................................................................................................................. 2
3、国外机器人发展趋势 .............................................................................................................................. 2
摘 要
I
摘 要
本文是在先进的工业自动化发展的背景下，结合了目前自动化技术的发展
现状，尤其是工业机器人的发展历史和过程，运用了轮式机器人的特点，研制
出一种全方位的移动焊接机器人。其主要是运用在船舶等具有大型钢结构件的
自动化焊接作业中，极大的改善了焊接作业环境。首先我们结合实际生产焊接
作业中的复杂环境分析了机器人的作业对象，以能够在复杂的环境下进行灵活
的自动化焊接为目的，主要针对在各种矩形状焊缝中的各个直角的焊接，对机
器人的机构进行了选型和设计。采用新型的小型化高速旋转电弧传感器来进行
焊缝的跟踪，超声波等传感器对机器人姿态进行检测。然后运用机器人运动学
理论对所设计的机器人进行了运动学理论分析，验证了其可行性，从理论上说
明了机器人设计的合理性。之后运用ADAMS软件建立机器人的虚拟样机系统，
验证了机器人的重量等参数并进行了运动学仿真分析，尤其是对直角运动过程
以及模拟实际环境下的运动过程，进一步证实机器人的可行性。最后将机器人
各个零部件进行了加工、安装和调试，并进行了实验的验证。其初始位姿定位
良好，整个运动过程平稳，在原地转向过程中的位置保持非常优秀，基本维持
不变，能够完成直角焊接运动，焊接结果良好。
关键词：焊接机器人；全轮转向；嵌入式轮组；旋转电弧传感器
ABSTRACT
II
ABSTRACT
This paper introduces a wheeled robot based on modern automation technology,
In the context of modern industry，especially the development of industrial robots
history and process. Use the characteristics of wheeled robots, developed a full range
of mobile welding robot. Which is mainly used in ships and other large steel structure
本科毕业设计（论文）通过答辩
摘 要
随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如集装箱波纹板焊接机器人、大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，焊接机器人要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将机器人技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。因此机器人的设计对于解决这一难题至关重要。
本课题主要完成机器人运动学的逆解、车体的总体设计、电机的选择等方面。主要从机器人运动学逆解的角度完成一个周期内的运动学逆解，求出三个关节应按照什么运动规律进行运动，还有三个关节的运动之间的函数关系，进而完成对整个机器人的总体设计。通过对小车的受力分析完成对车轮、车体的设计。根据实际操作中遇到的问题对完成对电机的选择。最后对所选的齿轮进行校核，使之能完成具体的操作要求。
关键词 机器人技术 机构设计 运动学逆解 强度校核 本科毕业设计（论文）通过答辩
目 录
1 绪论 .................................................................................................................................. 1
1.1 选题的依据及意义 ...................................................................................................... 1
1.2 研究现状及发展趋势 .................................................................................................. 1
焊接机器人总体设计
此次设计的目的是设计一台焊接机器人，本文主要对焊接机器人的机械结构系统部分进行研究、设计和分析。
1 焊接机器人总体设计的思路
设计机器人大体上可分为两个阶段：
（1）系统分析阶段
1）根据焊接机器人系统索要实现的目标，明确所采用机器人的目的和任务；
2）分析机器人所在系统的工作环境；
3) 根据焊接机器人的工作要求和工作环境，基本上确定机器人的功能和方案。例如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、承受力矩、动作精度的要求、容许的运动范围、静动载荷以及对温度、震动等环境的适应性。
（2）技术设计阶段
1）根据系统的要求来确定机器人的自由度和允许的空间工作范围，选择机器人的坐标形式和工作方式；
2）拟订机器人的运动路线和空间作业图；
3）确定驱动系统的类型；
4）选择各部件的具体结构以及尺寸，进行机器人总装图的设计与装配；
5）绘制机器人的零件图，并确定尺寸。
2 焊接机器人自由度和坐标系的选择
机器人的运动自由度是指各机器人系统运动部件在三维空间就是固定坐标系所具有的独立运动数，对于每一个构件来讲，它有几个运动坐标就说明其有几个自由度。各运动部件和机构自由度的总和就是机器人的自由度数。机器人的手部要像人手一样灵活的完成各种动作是比较困难的，因为人的手是由手指、掌、腕、臂等19个关节组成，共有27个自由度。而生产实践过程中没有必要需要机器人的手有这么多的自由度一般为3-6个（不包括手部）此次设计的焊接机器人为4自由度，四个自由度分别为：腕部的回转；小臂部分的伸缩；大臂部分的回转；大臂部分的伸缩。
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标
式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆、动的自由度。
