T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),垂直,激光,焊接,機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 開題報(bào)告 設(shè)計(jì)題目 T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 (系) 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 起迄日期 年 月 日 ~ 年 月 日 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 指導(dǎo)教師 職稱 教授 職稱 日期: 2014年5月 1日 論文題目 T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 論 文 類 型 基礎(chǔ)理論 選 題 來(lái) 源 指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目 國(guó)家項(xiàng)目 應(yīng)用研究 部省(市)項(xiàng)目 開發(fā)研究 學(xué)校項(xiàng)目 生產(chǎn)單位 自 擬 1 課題來(lái)源 本課題為基于T型垂直激光焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題，是實(shí)際應(yīng)用型課題。 2 課題研究的目的及研究現(xiàn)狀 2.1課題研究的主要目的 T型垂直激光焊接機(jī)械手的特點(diǎn)是一個(gè)能橫向平動(dòng)，縱向平動(dòng)兩個(gè)軸，然后縱向底端加上能轉(zhuǎn)動(dòng)的激光焊接頭。焊接在當(dāng)代制造業(yè)中有著舉足輕重的地位，與傳統(tǒng)手工焊接相比，焊接機(jī)器人有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接自動(dòng)化越來(lái)越成為焊接的發(fā)展趨勢(shì)。 2.2 國(guó)內(nèi)外T型垂直激光焊接機(jī)械手的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 目前，比較著名的焊接機(jī)器人公司有日本的Motoman、FANUC、Yaskwa，德國(guó)的KUKA，瑞典的ABB，美國(guó)的Adept Technology，意大利的COMAU，這些公司已成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)。截止2005年全世界在役工業(yè)機(jī)器人約為91.4萬(wàn)套，其中日本裝備的工業(yè)機(jī)器人總量達(dá)到50萬(wàn)臺(tái)以上，成為“機(jī)器人王國(guó)”，其次是美國(guó)和德國(guó)；在亞洲，日本、韓國(guó)和新加坡的制造業(yè)中每萬(wàn)名雇員占有工業(yè)機(jī)器人數(shù)量居世界前三位。 而我國(guó)也已有大量的焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于各類自動(dòng)化生產(chǎn)線上，截止到20世紀(jì)末，我國(guó)實(shí)際擁有工業(yè)機(jī)器人約3500臺(tái)，分布全國(guó)700多家企業(yè)，其中應(yīng)用于焊接機(jī)械手總量在1400多臺(tái)。和世界其他國(guó)家一樣，汽車、摩托車、工程機(jī)械制造業(yè)是焊接機(jī)器人的最大用戶群，電子行業(yè)有少量應(yīng)用，其他行業(yè)目前應(yīng)用數(shù)量更少。在焊接機(jī)器人中，弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用范圍最廣、使用數(shù)量也最多，弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人相比較，弧焊機(jī)器人的使用數(shù)量略多于點(diǎn)焊機(jī)器人的裝備數(shù)量。近年來(lái)，機(jī)器人激光焊接、機(jī)器人釬焊等其他機(jī)器人焊接也得到應(yīng)用[6]。 我國(guó)的機(jī)器人事業(yè)起步較晚，工業(yè)機(jī)器人歷經(jīng)“七五”攻關(guān)和“八五”、“九五”、在國(guó)家863計(jì)劃智能機(jī)器人主題支持下，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。近兩年，每年應(yīng)用在我國(guó)的焊接機(jī)器人數(shù)量在150臺(tái)左右?？傮w來(lái)看，國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司經(jīng)過多年的積累和自我發(fā)展，在焊接機(jī)器人應(yīng)用工程領(lǐng)域，已經(jīng)具備了國(guó)際著名機(jī)器人公司平等競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，并且在價(jià)格和技術(shù)服務(wù)方面具有一定優(yōu)勢(shì)。 國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來(lái)操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開始興起[5]。 而對(duì)于國(guó)內(nèi)： 今后幾年中國(guó)的焊接機(jī)器人市場(chǎng)將是技術(shù)不斷提高，市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，應(yīng)用工程項(xiàng)目市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的局面。預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)點(diǎn)焊，弧焊機(jī)器人的需求量將以30%以上的速度增長(zhǎng)。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，焊接機(jī)器人不斷向智能化方向發(fā)展，機(jī)器人的感覺功能將實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的融合，控制系統(tǒng)從示教、離線編程相模糊控制發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人的群體協(xié)調(diào)和集成控制，從而達(dá)到更高的可靠性和安全性。從應(yīng)用技術(shù)市場(chǎng)角度分析，性能和價(jià)格以及技術(shù)服務(wù)的質(zhì)量將仍然是決定用戶做出正確選擇的主要因素。隨著國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司自主品牌的性價(jià)比進(jìn)一步提高，短期內(nèi)將可以達(dá)到與國(guó)外產(chǎn)品抗衡的能力。從機(jī)器人應(yīng)用范圍來(lái)看，焊接機(jī)器人的應(yīng)用在傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域的需求持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)不斷向其他行業(yè)擴(kuò)展[5]。 焊接作為機(jī)械制造業(yè)中僅次于裝備加工和切削加工的第三大加工作業(yè)，對(duì)其進(jìn)行機(jī)器人柔性加工技術(shù)，及其相關(guān)控制器PC化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化的應(yīng)用研究已經(jīng)成為焊接自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。 3 課題研究的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)成果的應(yīng)用價(jià)值 3.1 課題研究的主要內(nèi)容 1. 查閱文獻(xiàn)了解 T型垂直激光焊接機(jī)械手的原理、構(gòu)造及設(shè)計(jì)等等，在相近行業(yè)的的應(yīng)用現(xiàn)狀。 3. 提出 T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體思路和方案，畫出總體構(gòu)思圖。 4. 設(shè)計(jì) T型垂直激光焊接機(jī)械手，并能夠?qū)崿F(xiàn)做一個(gè)能橫向平動(dòng)，縱向平動(dòng)兩個(gè)軸，然后縱向底端加上能轉(zhuǎn)動(dòng)的激光焊接頭； 5．完成設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性分析。 3.2 設(shè)計(jì)成果的應(yīng)用價(jià)值 焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式。剛性自動(dòng)化設(shè)備通常都是專用的，只適用于中、大批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，因而在中、小批量產(chǎn)品自動(dòng)化焊接生產(chǎn)中，手工焊仍然是主要的焊接方式，而焊接機(jī)器人的誕生使得小批量產(chǎn)品自動(dòng)化焊接生產(chǎn)成為可能。機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，完成一項(xiàng)焊接任務(wù)只需要人給它做一次示教，隨后它就可以精確地再現(xiàn)示教的每一步操作。如果機(jī)器人去做另一項(xiàng)工作，無(wú)須改變?nèi)魏斡布?，只要?duì)它再做一次示教就可以了。因此，在一條由焊接機(jī)器人組成的生產(chǎn)線上，可同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)若干種不同的焊接。 本課題擬采用兩軸機(jī)械手的形式實(shí)現(xiàn)，其功能上能夠?qū)崿F(xiàn)做一個(gè)能橫向平動(dòng)，縱向平動(dòng)兩個(gè)軸，然后縱向底端加上能轉(zhuǎn)動(dòng)的激光焊接頭。 4 研究的方法與路線 4.1 研究的方法 （1）文獻(xiàn)研究法，系統(tǒng)地查閱指定的機(jī)械手相關(guān)的文獻(xiàn)，做出相應(yīng)的學(xué)習(xí)心得，得出一般性結(jié)論并發(fā)現(xiàn)問題，尋找新思路； （2）統(tǒng)計(jì)分析研究法，學(xué)習(xí)T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)課程知識(shí)，通過處理、分析、研究，找出研究對(duì)象的特征； （3）實(shí)驗(yàn)法研究，通過三維模擬研究來(lái)證明； （4）行動(dòng)研究法，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從實(shí)踐中獲得成功。 4.2 機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式主要有直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，球坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)四種。 （4）行動(dòng)研究法，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從實(shí)踐中獲得成功。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)是用三個(gè)相互垂直的直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)空間，直角坐標(biāo)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸要比其他類型的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸大得多。 直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間為一空間長(zhǎng)方體。直角坐標(biāo)機(jī)器人主要用于裝配作業(yè)及搬運(yùn)作業(yè)，直角坐標(biāo)機(jī)器人有懸臂式，龍門式，天車式三種結(jié)構(gòu)。 具體到本設(shè)計(jì)，因?yàn)楹笜屬|(zhì)量約0.5KG，且考慮到焊接機(jī)械手的加工精度，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減小成本、提高可靠度。該機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)做一個(gè)能橫向平動(dòng)，縱向平動(dòng)兩個(gè)軸，然后縱向底端加上能轉(zhuǎn)動(dòng)的激光焊接頭。 本設(shè)計(jì)的三維建?；趐ro-e。首先進(jìn)行機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行縱向平動(dòng)的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行縱向平動(dòng)的設(shè)計(jì)，最后裝配的設(shè)計(jì)。在所有設(shè)計(jì)完成之后，整體的效果如下圖所示： 4.3建模及繪圖的方法和步驟 （一）了解和分析零件 了解零件的名稱、用途、材料及其在機(jī)器或部件中的位置和作用。對(duì)零件的結(jié)構(gòu)形狀和制造方法進(jìn)行分析了解，以便考慮選擇零件表達(dá)方案和進(jìn)行尺寸標(biāo)注。 （二）確定表達(dá)方案 先根據(jù)零件的形狀特征、加工位置、工作位置等情況選擇主視圖；再按零件內(nèi)外結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇其他視圖和剖視、斷面等表達(dá)方法。 （三）畫零件草圖 目測(cè)比例，徒手畫成的圖，稱為草圖。零件草圖是繪制零件圖的依據(jù)，必要時(shí)還可以直接指導(dǎo)生產(chǎn)，因此它必須包括零件圖的全部?jī)?nèi)容。繪制零件草圖的步驟如下： （1）布置視圖，畫出主、左視圖的定位線。 （2）畫剖面線；選定尺寸基準(zhǔn)，畫出全部尺寸界線、尺寸線和箭頭。 （4）標(biāo)注各表面的表面粗糙度代號(hào)、確定尺寸公差；填寫技術(shù)要求和標(biāo)題欄。 （四）畫零件圖 對(duì)畫好的零件草圖進(jìn)行復(fù)核，再根據(jù)草圖完成T型垂直激光焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的零件圖。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排：（包括序號(hào)、起迄日期、工作內(nèi)容）： 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排如下： 第1周－第3周，收集參考資料，翻譯文獻(xiàn)，制定方案，提交開題報(bào)告； 第4周－第13周，應(yīng)用相關(guān)軟件對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并繪制設(shè)計(jì)圖； 第14周－第16周，整理畢業(yè)設(shè)計(jì)記錄，編寫設(shè)計(jì)說明書； 第17周－第18周，準(zhǔn)備PPT，答辯。 指導(dǎo)教師簽字： 教研室/系 主任簽字： 年 月 日