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。
工业实践机器人的结构形式主要有直角坐标型结构、圆柱坐标型结构、球坐标型结构、关节型结构四种。各结构形式及都有其相应的特点和优点，分别介绍如下:
(1) 直角坐标机器人结构
直角坐标机器人的空间运动主要是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1(a)所示。由于直线运动是最易于实现全闭环的位置控制的一种运动，因此，直角坐标机器人可以达到非常高的位置精度（微米级）。但是，由于这种直角坐标机器人的运动空间相比于其他机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。所以，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸就可能要比其他几种类型的机器人的结构尺寸大得很多。
直角坐标机器人的工作空间整天上来说是一个空间长方体。直角坐标机器人主要是用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人总共有以下几种结构类型的：悬臂式，龙门式，天车式三种结构错误！未找到引用源。。
(2) 圆柱坐标机器人结构
圆柱坐标机器人系统的空间运动在原理上可以用一个空间的回转运动以及两个直线运动加以实现的，如图2-1（b）。这种机器人结构相对比较简单，精度也不是很高，经常用于搬运作业。其工作空间是一个呈圆柱状的空间。
(3) 球坐标机器人结构
球坐标机器人系统的空间运动可以看为两个空间的回转运动和一个直线运动，参见图2-1（c）。这种机器人相比于其他类型的机器人其比较结构简单、成本较低，但精度不是很高。主要用在搬运作业。工作空间呈一个类球形的空间错误！未找到引用源。。
(4) 关节型机器人结构
关节型机器人系统的空间运动是由三个空间回转运动实现的，参见图2-1（d）。关节型机器人有以下几个优点：动作灵活，结构紧凑，占地面积小。但是
相对机器人本体尺寸，、因此其工作空间比较大。这种机器人在工业中应用十分广泛并且在生活中也较为常见，例如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛运用这种类型的机器人。
关节型机器人结构，有两种类型水平关节型和垂直关节型两种。
根据要求及在工业实际生产中的用途，此次设计的焊接机器人采用是第一种机器人即直角坐标型机器人。
a)直角坐标型 b)圆柱坐标型 c)球坐标型 d)关节型
图2-1 四种机器人坐标形式
3 焊接机器人传动方案论证
焊接机器人（直角坐标型）的驱动方式有液压式、气动式和电动机式三种。
(1) 液压驱动:是指动源发动机或者电机驱动液压油泵产生压力油，压力油的压力能再去驱动液压马达，由液压马达产生并且提供机器需要的动力。是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高
(2) 气动驱动常用于开关控制和顺序控制的机器人，相比于液压驱动的机器人，气动驱动由于压缩空气动力粘度和动力粘度都相对较小，并且空气的摩擦力较小，因此气动驱动的机器人容易达到高速；因为可利用工厂集中空气体压缩机站的设备提供所需要的气体，大大的减少了动力和驱动设备；而且空气介质不会污染环境，价格相对也较为便宜，并且安全在极端的温度下都可以正常工作，比较适合焊接这种高温作业，空气取之不尽用之不竭，相对于液压驱动气压驱动
更为廉价，因而气动驱动元件比液压元件价格低。是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作
(3) 电机驱动可分为交流电动机驱动，交流伺服电动驱动、直流伺服电动机驱动以及步进电动机驱动。随着科学技术的发展，材料性能的提高，电动机也得到很大的提高，各方面的性能也在随之提高并且电动机使用起来更加简单方便，所以就目前来看，机器人驱动已经渐渐变为电动机驱动式所代替。即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前景。
机械传动机械手驱动方式：即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可以变。
表2-1三种驱动系统的比较
内容
驱动方式
液压驱动气动驱动电机驱动
输出力
压力高，可获得阿
大的输出力和输是
出功率
压力相对要小，输
出力和输发出功率
小
输出力较大
控制性能
利用液体的不其
可压缩性，控制精度
为较高，输出功率
气体压缩体性大，
精度低，阻尼效果
差，低速不易控制，
要求也控制
精度高，并且
功率较大，可
大，可让无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制要难以实现高速、高
精度的连也续轨迹
控制
以做到精确定
位，反拍应灵
敏快速，可灵
敏实现高速、
高精度和连续
轨迹控制，伺
服特性更好，
控制系统复杂
响应速度很高较高很高
结构性能及体
积
结构简单，执行机
构可以标准化、模拟
化，容易实现直接驱
动。功率/质量比较
大，体积小，结构紧
凑，密封问题较大，
装配较为困难
结构适当，执行机
构可标准化、模拟
化，易实现直接驱
动。功率/质量比大，
体积小，结构紧凑，
密封问题较小
伺服电动机
更加容易标准
化，结构性能
好，噪声低，
其电动机通常
情况下需配置
减速装置，除
DD电动机外，
都难以直接驱
动，结构紧凑，
无密封问题
安全性
防爆性能很好，用
液压油作为传动介
质，在一定条件下存
在着火灾的危险
防爆性能较好，高
于10000kPa（一百个
大气压）时应当注意
设备的抗压性能
设备本身无
爆炸和火灾危
险，但是直流
有刷电动机换
向时有火花，
因此对环境防
爆性能比较差
对环境影响
液压系统比较容
易漏油，对环境有污
染
排气时有噪声无
续表2-1
内容
驱动方式
液压驱动气动驱动电机驱动
在工业机械手中的应用范围
常适用于重载、低
速驱动，电液伺服系
统适用于喷涂切割
机械手、电焊机械手
和托运机械手
通常适用于中小
负载驱动和精度要
求较低的以及有限
点位程序控制机械
手
比较适用于
中小负载、具
有较高要求位
置控制精度和
轨迹控制精度
很高、速度较
高的机械手
成本液压元件成本较
高
成本低成本高
维修及使用
使用方便，但是油
液对环境温度有较
高要求
方便较复杂
4 焊接机器人的组成
焊接机器人主要是由执行机构、驱动机构以及控制机构这三部分组成。
4.1 执行机构
（1）手部
手部不仅直接参与工件接触的部分，工业从生产一般都是回转型或平动型的，多为回转型，因为回转型结构简单。手部比较常见的是两指（也有多指）；
当然这也要根据需要，一般可以分为外抓式和内抓式这两种；也要根据生产实践的需要，可以采用负压式、真空式的以及空气吸盘，空气吸盘的主要作用是可以吸附在光滑表面的零件或薄板零件和电磁吸盘。
此次毕业设计是焊接机器人系统设计，所以手部并没有其他结构，仅仅只有一个焊枪而已，通过螺栓固定于腕来部末端。
（2）腕部
腕部是联通着手部与臂部的重要部件，而且可以用来小范围调节焊枪的方位和焊枪的姿态，可以适度扩大焊枪的工作范围和工作空间，还可以使手部变的更方便与灵敏，提高工件和机器人的适应性。手腕一般会设计独立的自由度。有空间回转运动、上下摆动以及左右摆动。工业生产过程中一般腕部只设有回转运动在这基础上再加一个上下摆动就可以满足工作需求，但是有的时候有些动作为了简单而专门设计了专用的机械手，为了简化系统结构，也可以不设计腕部，可以直接用手臂部分完成所有并驱动手部搬运工件。
考虑到机械手的通用性，同时由于被抓取工件是水平放置，因此手腕必须设有回转运动才可满足工作的要求。因此，手腕设计成回转结构，实现手腕回转运动的机构是回转液压缸。
现在最为常见的手腕的空间回转运动机构是回转液压缸，它的结构很紧凑，但是灵巧但回转角度小（一般小于2700）,并且要求必须严格密封，不然就难以保证平稳有效的输出扭矩，因而在要求不是大回转角的情况下，可以选择采用回转液压缸，故而不采用皮带条传动或链轮以及轮系结构，是系统结构更为简单灵巧。此次毕业设计所研究的焊接机器人腕部是利用回转液压缸实现手部的旋转运动这个动作的。
此次设计的焊接机器人的腕部的运动只有一个自由度的回空间转运动，回转参数即回转的角度是实现手部回转的角度控制-90~+90度这个范围之内，它的基本的结构层次形式如图2-2所示。
图2-2 腕部回转基本结构示意图
此次设计腕部的驱动方式是采用直接驱动的方式，因为腕部装在手臂部分的
末尾，所以必须设计的一个装配十分紧凑的机构，直接把驱动源安装在手腕上。焊接机器人手腕的空间回转运动是直接由回转液压缸提供动力来实现的。采用夹紧直线式活塞缸的外壳与摆片区动油缸的动片这两个机构连接在一起；当回转液压缸中出现不同的压力时油腔中进油即可实现手腕朝不同方向的回转。
（3）臂部
手臂部件是机械手，是机器人里最重要握持部件。臂部的作用是支撑腕部和手部，包括工作或夹具，并且带动腕部和手部做所需的空间运动。
臂部运动的作用：将手部运送到工作范围里的任意一点，并改变手部的姿态和方位，则用腕部相关的自由度就可以加以实现。所以说臂部只需要一个自由度就能够基本满足要求，即手臂部分的伸缩运动即可。
手臂部分的运动通常用驱动机构按时（如液压缸或者气缸）和各暗示种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作五个中既四个受腕部、手部的静、动载荷。因此，它的结构、工作范围、灵活留个性以及抓重大七个小和定位精度直接影响机械手的工作性能。本次设计实现臂部的前后伸缩半个运动。臂部的运动参数：伸缩行程：1850mm ；伸缩速度：1200mm/s~1400mm/s 。机器加速度人臂部的伸缩使其手臂的工作长度发生变化，在直角坐标式里的大小结构中，手臂的最大工作长度决定其末端所能达到的最力比多长度远距离。伸缩式臂部机构的驱动可采用液压缸直接驱动。
（4）机身
机身部分运动的目的：把臂部送到直线运动范围内任意一点。如果改变臂部的姿态（方位），则用机身的自由度加以实现。因此，机身部分具有两个自由度才能满足基本要求，即机身的伸缩、左右旋转运动。
机身的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从机身的受力情况分析，它在工作中既受臂部、腕部、手部的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。本次设计实现基座的上下伸缩、以及机身的回转运动。机身的运动参数：伸缩行程：3650mm ；伸缩速度：
1200mm/s~1400mm/s ；回转范围：0090~90+-。机器人机身的伸缩使其工作长度
发生变化，在直角坐标式结构中，机身的最大工作长度决定其末端所能达到的最
远距离。伸缩式机身结构的驱动可采用液压缸直接驱动。机身部分和滑轨的配置型式采用立柱式单臂配置，其回转运动的动力源来自回转液压缸。
（5）滑轨
滑轨是悬臂机器人的基础部分，起悬挂作用，它将机身悬挂于导轨之上。并带动机身沿轨道直线运动。
2 控制系统分类
在机械手的控制上，分别有点动控制和连续控制这两种方式。但是在工业生产中大多数用插销板进行点位控制，偶尔也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制等方式控制的，并且采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序等方法。其目的是控制坐标位置，注重其加速度特性。此次毕业设计采用电磁控制。 5 焊接机器人的设计技术参数
一、用途：用于焊接工件
二、设计技术参数:
1、焊枪:；
2、自由度数:4个自由度（手腕部分回转；小臂部分伸缩；大臂部分回转；大臂部分伸缩这4个运动）；
3、坐标型式:直角坐标系；
4、最大工作半径:4500mm ；
5、手臂最低中心高:4000mm ；
6、手臂运动参数:伸缩行程：1600mm
伸缩速度：1200mm/s~1400mm/s
升降行程：3600mm
升降速度：1000mm/s~1500mm/s
回转范围：0090~90+-；
7、手腕运动参数:回转范围：0090~90+-。
6 小结
本文是从焊接机器人的工业实际应用方面入手，经过计算得出并设计出了一个总体设计方案，在根据机器人所需要的自由度的前提上选取的坐标系是直角坐
标系为本次焊接机器人的设计坐标系。而且与此同时，本次设计焊接机器人的机构组成是由执行机构、控制机构和驱动机构，再加上现实实际作业，清晰的给出了手部分、手腕部分、臂部和基座等结构组成形式；通过计算和比较，最终选择的驱动方式为液压驱动作为此次毕业设计的驱动机构。最后，经过计算查表得出了设计中需要的所有技术参数和数据。
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ＶＩ１．１论文的选题意义 第１章绪论 自动化的焊接机器人能提供稳定地焊接质量，减轻人的劳动强度，提高工作 效率，降低生产成本，在工业领域得到了广泛的应用。但应用于工业生产中的焊 接机器人大多是固定的，主要通过机械臂的活动来工作，又由于空间的限制使得 机器人的工作范围、工作对象大大受到限制。在大型工件，如：石化工业中的大型 储油罐、球罐、管道的焊接，多在现场作业，焊接位置手工作业难以达到，恶劣 的工作环境不仅增大了工人的劳动强度，而且影响焊接质量。工程应用中亟待开 发出能够取代工人手工操作的低成本自动化的焊接设备，以减少生产过程中人为 因素的影响，提高焊接质量，这些情况都对移动焊接机器人的研究和应用提出了 迫切的要求。 现在，国外在这方面的技术基本成熟，但国内各单位对这些技术的了解有相 当部分还停留在文献上或局部上。所以应该从基本做起，开展一些基础技术研究 作为机器人课题的主要研究与开发内容之一。 １．２焊接机器人的发展历程 自从世界上第一台工业机器人ＵＭＭＡＴＥ于１９５９年在美国诞生以来，机器人的 应用和技术发展经历了三个阶段：第一代是示教再现型机器人。这类机器人操作 简单，不具备外界信息的反馈能力，难以适应工作环境的变化，在现代化工业生 产中的应用受到很大限制。第二代是具有感知能力的机器人。这类机器人对外界 环境有一定的感知能力，具备如听觉、视觉、触觉等功能，工作时借助传感器获 得的信息，灵活调整工作状态，保证在适应环境的情况下完成工作。第三代是智 能型机器人。这类机器人不但具有感觉能力，而且具有独立判断、行动、记忆、 推理和决策的能力，能适应外部对象、环境协调地工作，能完成更加复杂的动作， 还具备故障自我诊断及修复能力。焊接机器人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。早期的焊接机器人缺乏“柔性＂，焊接路径和焊接参数 须根据实际作业条件预先设置，工作时存在明显的缺点。随着计算机控制技术、 人工智能技术以及网络控制技术的发展，焊接机器人也由单一的单机示教再现型 向以智能化为核心的多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展¨。６３。 换页 移动焊接机器人系统研究 １．３焊接机器人国内外应用现状 焊接机器人具有焊接质量稳定、改善工人劳动条件、提高劳动生产率等特点， 广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。据不完全 统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。截 止２００５年，全世界在役工业机器人约为９１．４万台，其中日本装备的工业机器人总量达到了５０万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德国：在亚洲，日本、 韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。近几 年，全球机器人的数量在迅速增加，仅２００５年就达１２．１万台。我国自上世纪７０年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取 得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不 完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过 ４０％，焊接机器人的增长率超过了６０％；２００４年国产工业机器人数量突破ｌ４００台，
第1章绪论 1.1课题研究的目的及意义 焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段，发展成为制造业中一项基础工艺，一种生产尺寸精确的产品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。近20年来，在半自动焊、专机设备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从21世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是必然趋势。焊接机器人的诞生是焊接自动化革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式，从而使中小批量的产品自动化焊接成为可[1]。 焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业，极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃。同时改善了工人的劳动环境[2]。但是，现在焊接领域中自动化程度最高的手臂式机器人在使用时有两个局限性：一个是它的活动范围较小，因为它像一个手臂，手臂长1.5~2米，也就是其活动半径，所以焊接的工件不能太长，最大范围也不能超过2米。二是它必须用编程或示教进行工作，对不规则的焊缝，特别是在焊接过程中焊缝发生形变时，则很难适应。然而，许多大型工件体积非常庞大，而且必须在工地和现场进行焊接。例如：石化工业中的大型储油罐、球罐，造船业中的各种轮船，对这类产品的焊接，就很难实现自动化，许多建设工作仍然采用人工焊接[3]。因此，给焊接机器人加装各种传感器，使它们具有焊接路径自主获取、焊缝跟踪以及焊接参数在线调整等能力，具有很高的实用价值。机器人焊接过程的自主化和智能化已经成为科研工作者的一个研究重点。移动焊接机器人由于其良好的移动性、强的磁吸附力以及较高的智能，成为解决大型焊接结构件自动化焊接的有效方法[4]。尽管自主移动机器人的实用化研究还不够完善，但移动机器人是解决无轨道，无导向，无范围限制焊接的良好方案。 1.2国内外研究现状 自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中。这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相
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、
焊接工业机器人论文报告 机械卓越1102 游华栋 （1.江阴宇博科技，江苏省江阴市邮编214400；） 摘要：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。是要在多学科知识的综合应用方面，强化机器人技术应用能力的培养，以满足机械类应用型高级人才的培养。结合有关文献对焊接机器人的机械结构、电机驱动、运动学计算、控制技术、传感器、轨迹规划与编程操作等应用进行系统解构。机器人技术代表了机电一体化技术的最够研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论、自动控制技术及人工智能等多门学科，当代科学技术发展最活跃的领域之一。 关键词：焊接机器人；结构设计；控制方式；感觉系统； Welding industrial robot reports HUADONG YOU (YUBO Technology Co., Ltd. ,Jiangyin, ,JiangYin province, 214400, china) Abstract:The industrial robot is a multi joint manipulator for industrial areas or more degrees of freedom robot. Industrial robot is automatically performing work machine equipment, a machine that is controlled by its own power and ability to achieve the various functions. It can accept human command, and can also be run in accordance with the procedures of pre-arranged, modern industrial robots can also make according to the principles of the programme of action of the artificial intelligence technology. Is to be in the integrated application of multi subject knowledge, strengthen the training of application ability of robot technology, in order to meet the training applied talents of machinery. Based on relevant documents of a welding robot mechanical structure, the motor drive, kinematics, control technology,sensor, trajectory planning and programming operation application system deconstruction. Robot technology represents the mechatronics technology enough research results related to mechanical engineering, electronic technology, computer technology, automatic control theory, automatic control of multi discipline technology and artificial intelligence, one of the most active fields of contemporary science and technology development. 正文： 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。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。本文以中等篇幅来介绍我国焊机机器人的发展、及其简单结构、操纵原理等等。 经过近10年的努力，我国在机器人焊装夹具设计方面积累了较丰富的经验，机器人周边设备实现了标准化，具有年产300余套焊接机器人工作站的能力。可以说国内的系统集成商在机器人工作站及简单的焊装线的设计开发方面具有了与国外系统集成商抗衡的能力，近几年为国内汽车零部件等企业提供了大量的机器人焊接系统。 虽然机器人问世已经几十年，但目前关于机器人仍然没有统一、严格、准确的定义。其原因就是机器人还在发展，新的机型不断涌现，机器人可实现的功能不断增多。目前大多数国家倾向于美国机
摘要 随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良程度直接影响着零件或产品的质量。国焊接机器人应用虽已具有一定规模，但与我国焊接生产总体需求相差甚远。因此，大力研究并推广焊接机器人技术势在必行。 本设计的重点是运用机械原理和机械制造装备设计方法设计焊接机器人的 实践和方法。本次设计，是在了解焊接机器人在国外现状的基础上，进而掌握焊接机器人部结构和工作原理，并对手臂和腕部进行结构设计。合理布置了液压缸。同时了解机器人机械系统运动学及运动控制学。为工业上焊接机器人的设计提供理论参考、设计参考和数据参考，为工业设计者提供设计理论和设计实践的参考。该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键字：焊接机器人液压系统机械机构设计
Abstract With the development of technology and the increase in industrial demand, welding in industrial production occupied more and more weight, and excellent welding technology directly affects the degree of the quality of parts or products.Although the domestic application of welding robot with a certain scale, but falls far short of the overall demand for welding.Therefore, great efforts to study and promote the welding robot technology is imperative. The focus of this design is the use of mechanical theory and design of machinery and equipment design and methods of practice welding robot.The design of the welding robot in understanding the basis of the status quo at home and abroad, and then grasp the welding robot and working principle of the internal structure, and structural design of the arm and wrist.Rational arrangement of the hydraulic cylinder.At the same time understand the robot mechanical system kinematics and motion control study.For the design of industrial welding robots to provide a theoretical reference, reference and data reference design for industrial designers and design practice, design theory reference.The robot has a good rigidity, high precision location, stable characteristics. Keyword:Welding robot；hydraulic system；mechanical structure design
https://www.doczj.com/doc/c05408503.html, 自动焊接机器人论文参考文献 一、自动焊接机器人论文期刊参考文献 [1].安居防盗门自动焊接机器人工作站设计与实现. 《制造业自动化》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2014年21期.员俊峰.易国春.许随馨.耿运祥.张红健. [2].自动焊接机器人在立体车库设备制造中的开发应用. 《魅力中国》.2014年15期.王华彬. [3].立体车库设备制造中自动焊接技术的开发应用. 《中国机械》.2015年8期.罗观宝. [4].自动焊接机器人在汽车组合仪表部品点焊工程中的应用. 《电工技术》.2006年6期.赵斌. [5].西门子840D自动焊接机器人地铁车辆焊接程序设计与开发. 《神州》.2012年6期.王喆. [6].异型断面管道自动焊接执行机构设计及运动仿真. 《电焊机》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2011年5期.徐立力.薛龙.陶兴华.邹勇.贾滨阳. [7].PC104在焊接机器人中的应用. 《焊接技术》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2010年11期.王艳庆.张华.叶艳辉.程伟德. [8]管道插接相贯线专用焊接机器人. 《焊接学报》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被EI收录EI.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2009年6期.任福深.陈树君.管新勇.殷树言. [9].采用SVR雅可比估计器的焊接机器人视觉导引. 《华南理工大学学报（自然科学版）》.被中信所《中国科技期刊引证报告》收录ISTIC.被EI收录EI.被北京大学《中文核心期刊要目总览》收录PKU.2013年7期.李鹤喜.石永华.王国荣. 二、自动焊接机器人论文参考文献学位论文类
开题报告 （20**届） 5自由度焊接机器人总体及大臂与腰部 设计 学生姓名 学号 院系 专业 指导教师 填写日期
一、本课题国内外状况，说明选题依据和意义 焊接机器人是目前最大的工业机器人应用领域。由于汽车制造业对许多构件的焊接精度和速度等指标提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工作；此外，焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害，因此，焊接过程的完全自动化已成为重要的研究课题，其中，最为重要的就是要应用焊接机器人。随着近代模糊数学和神经网络的出现，以及PC机与焊接机器人的结合应用，有效解决了专用控制器计算负担重、实时性差等问题.还能够将具他领域如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等先进的研究成果应用到该系统的实时操作中。焊接过程中存在很多不确定的因素，是一个典型的时变非线性系统，难以建立精确的数学模型。因此，采用与模型无关的人工神经网络或模糊控制技术更为合适。 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，
摘要 在化工、轻工、核能等设备中，管与管板的焊接接头不仅数量多，操作难度大，而且焊接质量要求高。目前上海某工厂管板焊接是手工操作的，生产效率低、工人劳动强度大、焊接质量不稳定。所以本文针对上述情况，设计出管板自动焊接机器人系统。本文所设计的管板自动焊接机器人，包括机械系统、视觉自动定位系统、PLC控制系统和基于触摸屏的人机交互界面。根据工件及焊接工艺要求，焊接基本参数通过触摸屏设定，采用触摸屏实现初始定位精度调试,确定视觉传感识别管孔中心并将位置信息传递给以PLC为控制核心的控制系统，引导焊接初始位置自动识别、焊接。实现了对管板焊接机器进行自动化改造，使原来人工定位，人工控制焊接进程的机械手变为由步进电机驱动，视觉定位和焊接过程自动化控制的一整套焊接设备。 关键词：管板焊接，视觉定位，触摸屏，PLC
Abstract In chemical,light industry,nuclear industry and other equipment,as for the tube-plate welding,despite the large number of welding joints and the complicated operation process, high welding quality are required.There exsits tube-plate welding based on mannual work at a factory in Shanghai,of which the production efficiency is low,the worker labor intensity is heavy,the welding quality is unstable.This paper about design of tube-plate automatic robots, includes mechanical system,visual automatic positioning system,PLC,man-machine interface system based on the touch screen.According to Requirements of the workpiece and the welding technology,welding basic parametersare is set by the touch screen,which was adopted to realize the initial positioning adjustment,determine center of the visual sensing identify pipe hole and transfer the location information to control system of PLC as the control core;guiding automatic identifications of the initial position and welding.By the implement of automation renovation for the tube-plate welding,transform the original artificial positioning,artificial control of welding process into automatic drive by step motor, visual positioning and welding equipments on the basis of a complete automatic control pocesss. Keyword:tube-plate welding,visual positioning,touch screen,PLC
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
ABSTRCT According to incomplete statistics, nearly half of the world's industrial robots in service are used for welding. The most common application of welding robot are in two main ways, spot welding and arc welding. The welding robot we are talking about is actually industrial robots which are doing the work in the welding tasks instead of welding production welder. Some of this welding robot is specially designed for welding while most of them are actually a common industrial robot fitted with a welding tool. In multi-task environment, a robot can even complete many kinds of work including the grasp of welding, handling, installation, welding, unloading and other tasks,. Therefore, in a sense, the history of the development of industrial robots is the history of the development of welding robot. It is well known that the welding processing on one hand requires on skilled operational skills, rich practical experience and stable level of welding; on the other hand, welding is a work with poor working conditions, dust, and heat radiation and high-risk. The emergence of industrial robots first makes people naturally think of using it to replace the manual welding to reduce labor intensity. But also it ensures the welding quality and enhances the efficiency of welding. The robot I designed is a DOF arc welding robot. The design statement mainly include design of robot's drive system and the its composition, the choice of motor, design of bevel gear and verification, the principle of harmonic reducer and its choice, wrist Check the Department of rotational axis, the choice of rolling bearings and its checking and so on. KEY WORDS welding robot; profile belt transmission; harmonic reducer; 5-DOF
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。
(文档含英文原文和中文翻译) 中英文资料外文翻译 Weld robot application present condition According to incompletely statistics, the whole world about has in the industrial robot of service nearly half of industrial robots is used for multiform weld to process realm, weld robot of application in mainly have two kinds of methods most widespreadly, then order Han and electricity Hu Han.What we say's welding robot is in fact welding to produce realm to replace a welder to be engaged in the industrial robot of welding the task.These weld to have plenty of to design for being a certain to weld a way exclusively in the robot of, but majority ofly weld robot in fact is an in general use industrial robot to pack up a certain weld tool but constitute.In many task environments, a set robot even can complete include weld at inside of grasp a thing, porterage, install, weld, unload to anticipate etc. various tasks, robot can request according to the procedure with task property and automatically replace the tool on the robot
焊接机器人生产制造项目 策划方案 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 焊接自动化装备广泛采用数字化、图形化的人机操作界面，设备拥有 专家数据库、控制参数实时显示、人机交互等功能，使设备操作更加容易、更加方便。随着技术的不断完善，数字显示技术在人机交互、控制参数实 时监测中将得到普遍运用。 该焊接机器人项目计划总投资13488.83万元，其中：固定资产投资10266.58万元，占项目总投资的76.11%；流动资金3222.25万元，占项目 总投资的23.89%。 达产年营业收入21857.00万元，总成本费用17284.25万元，税金及 附加230.43万元，利润总额4572.75万元，利税总额5433.90万元，税后 净利润3429.56万元，达产年纳税总额2004.34万元；达产年投资利润率33.90%，投资利税率40.28%，投资回报率25.43%，全部投资回收期5.43年，提供就业职位307个。 这两年国内焊接机器人市场规模在持续扩大，市场增速在高速增长， 截至2018年销售额已经突破100亿元，年均复合增长达到15%以上。
第一章项目基本信息 一、项目概况 （一）项目名称及背景 焊接机器人生产制造项目 焊接机器人广泛用于汽车行业，以较低的复杂性焊接汽车内部和外部零件。焊接机器人具有特定的接近度，可以帮助它们正常运行。此外，焊接机器人配备了传感器和控制器，可以均匀地进行焊接。 近年来，随着经济的持续增长，产业结构的不断变化，人工成本开始成为制约工业制造业升级的重要因素，招工难、用工难、留工难等问题，日益困扰着企业的有效发展。在此背景下，当前工业焊接领域正在迎来生产模式的全面升级，以焊接机器人为代表的新型焊接模式，正在打破传统人工作业所带来的成本、环境、工作强度和专业要求等多重限制，凭借着各种新型科技的融合，推动着工业焊接走向智能化、精准化、高效化的发展之路。 （二）项目选址 xxx出口加工区
毕业设计说明书 5自由度焊接机器人总体及大臂与腰部 设计 学生姓名 学号 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
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 II
design 5 degree-of-freedom welding robot overall and big arm and waist ABSTRCT According to incomplete statistics, nearly half of the world's industrial robots in service are used for welding. The most common application of welding robot are in two main ways, spot welding and arc welding. The welding robot we are talking about is actually industrial robots which are doing the work in the welding tasks instead of welding production welder. Some of this welding robot is specially designed for welding while most of them are actually a common industrial robot fitted with a welding tool. In multi-task environment, a robot can even complete many kinds of work including the grasp of welding, handling, installation, welding, unloading and other tasks,. Therefore, in a sense, the history of the development of industrial robots is the history of the development of welding robot. It is well known that the welding processing on one hand requires on skilled operational skills, rich practical experience and stable level of welding; on the other hand, welding is a work with poor working conditions, dust, and heat radiation and high-risk. The emergence of industrial robots first makes people naturally think of using it to replace the manual welding to reduce labor intensity. But also it ensures the welding quality and enhances the efficiency of welding. The robot I designed is a DOF arc welding robot. The design statement mainly include design of robot's drive system and the its composition, the choice of motor, design of bevel gear and verification, the principle of harmonic reducer and its choice, wrist Check the Department of rotational axis, the choice of rolling bearings and its checking and so on. KEY WORDS welding robot; profile belt transmission; harmonic reducer; 5-DOF
弧焊机器人论文 弧焊机器人工作站系统设计 摘要 随着工业技术的提高，机器人被广泛应用于生产实践中，机器人与手工操作相比，有着明显的优势，广泛采用工业机器人不仅可提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用日益改变人类的生产生活。其中，焊接机器人是应用最为广泛的机器人，全球将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域。 本论文以六自由度弧焊机器人为背景，详细介绍了机器人工作站的配置，硬件选型，PLC控制系统的设计、机器人配套设施的建设、仿真软件的应用及在实际环境中的调试。 论文首先总结了前人的工作，对焊接机器人工作站的发展现状和前景进行了展望。总结了中外弧焊机器人的生产发展情况，对国内的弧焊机器人工作站的优缺点进行了分析。然后结合工厂实际情况和生产要求，结合目前先进的机器人技术和解决方案，规划了本次机器人工作站的设计模块，对机器人工作站的配置和组成提出了合理创新的设计，采用简单高效的方法完成了工厂的应用要求。 工作站包括两台日本安川机器人公司的MOTOMAN NX100机器人，该机器人采用了6轴运动，能够在空间上做大自由度的运动，一台机器人安装了弧焊焊枪，进行弧焊作业，另一台机器人安装了夹持设备，进行辅助作业，两台机器人协调工作，共同完成作业任务。 本文对工作站的各个组成部分给出合适的规划，保证了机器人工作站的实用高效性，使用双机器人的协调工作及外部轴的控制实现高复杂度的焊接，能够适应不同的工作环境，使工作站拥有良好的柔性化拓展空间。 对工作站系统进行设计时采用了先进的3D模拟仿真技术，能够直观模拟机器人在实际工作环境下的运动状态，观察机器人I/O信号在运行中的应用情况，对现场环境