六自由度焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（6自由度工業(yè)機(jī)器人）
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指 導(dǎo) 教 師：
專 業(yè) 班 級：
20 年 月 日
1. 課題名稱：
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2. 課題研究背景：
隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，機(jī)器人在社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用最廣的要屬工業(yè)機(jī)器人。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中，大部分為焊接機(jī)器人，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有超過一半應(yīng)用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。
焊接機(jī)器人就是在自動焊接生產(chǎn)領(lǐng)域從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人,絕大多數(shù)的焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是在通用的工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上裝上某種焊接工具而構(gòu)成的,視具體焊接方式不同可對個別焊接機(jī)器人進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。焊接機(jī)器人發(fā)展歷史悠久,從上世紀(jì)年代工業(yè)機(jī)器人開始實(shí)用化以來,焊接機(jī)器人就立刻被投入到點(diǎn)焊和電弧焊領(lǐng)域中并得到了持續(xù)的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界使用中的焊接機(jī)器人數(shù)量大約占工業(yè)機(jī)器人總數(shù)量的一半,焊接機(jī)器人的研究歷程和應(yīng)用領(lǐng)域幾乎等同于工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史可以說是代表著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史。焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用形式之一,主要應(yīng)用于電焊和電弧焊生產(chǎn)線上。經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的應(yīng)用和不斷完善,國內(nèi)外學(xué)者對焊接機(jī)器人的研究仍然在向前發(fā)展,并取得了許多成果。目前學(xué)術(shù)界正在不斷完善機(jī)器人共性技術(shù)的研究,主要是針對機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、遙控和監(jiān)視技術(shù)、虛擬機(jī)器人技術(shù)、多智能體調(diào)控技術(shù)等等的研究。未來焊接機(jī)器人正在向智能化方向、多傳感器信息融合方向、模糊控制方向、群體協(xié)調(diào)和集成控制的方向發(fā)展。焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車及其零部件制造、工程機(jī)械和機(jī)車車輛等領(lǐng)域,近些年隨著焊接機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展,開始逐漸應(yīng)用于石油石化、船舶制造、冶金建設(shè)和壓力容器制造等領(lǐng)域。其中對管道相貫線全位置焊接機(jī)器人研究的力度比較大,其關(guān)鍵技術(shù)研究主要包括機(jī)械機(jī)構(gòu)研究、自動跟蹤技術(shù)研究和計(jì)算機(jī)程控技術(shù)研究。最初焊接機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車、摩托車及工程機(jī)械三個主要行業(yè)里,而且多數(shù)主要應(yīng)用于汽車及其零部件制造行業(yè)中,在摩托車行業(yè)和工程機(jī)械行業(yè)中只占少數(shù),其他像電器、自行車、機(jī)車、航空航天等行業(yè)也有一些。焊接機(jī)器人一開始應(yīng)用于汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊,后來隨著焊縫軌跡跟蹤技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)上的推廣應(yīng)用,又承擔(dān)起了汽車零部件和裝配過程中電弧焊的焊接任務(wù)。點(diǎn)焊機(jī)器人主要用于汽車及其零部件生產(chǎn),但是在其他行業(yè)中用得卻極少。弧焊機(jī)器人的分布比點(diǎn)焊機(jī)器人要廣泛,但主要仍集中于汽車及其零部件生產(chǎn)線中,其余則分布于摩托車及工程機(jī)械制造行業(yè)中。隨著機(jī)器人共性技術(shù)研究的不斷深化,焊接機(jī)器人才開始應(yīng)用于造船、鍋爐、重型機(jī)械等焊接領(lǐng)域中。這些焊接任務(wù)中最常見的就是管道插接空間相貫線焊接,與傳統(tǒng)的常規(guī)平面焊接任務(wù)不同,對焊接機(jī)器人技術(shù)提出了新的要求。
3. 課題研究意義
目前使用的機(jī)器人中，焊接機(jī)器人約占總量的一半Ｗ。國外對機(jī)器人技術(shù)的壟斷，嚴(yán)重制約著我國技術(shù)的發(fā)展，要打破壟斷，必須自主研制出適合自身發(fā)展的機(jī)器人，提升自身的科技水平。機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)作為焊接機(jī)器人的基礎(chǔ)，其加工制造精度，裝配精度等對機(jī)器人工作范圍、工作穩(wěn)定性等方面有直接影響。
機(jī)器人燥接可以使焊接過程更加穩(wěn)定，提高焊縫成型質(zhì)量，改善勞動條件，適應(yīng)惡劣環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，明確產(chǎn)品周期，有效控制產(chǎn)量，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，減小設(shè)備投資等，從而滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。
工業(yè)機(jī)器人是機(jī)電一體化的設(shè)備，是包含了多種高新技術(shù)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品的附加值高。機(jī)器人行業(yè)雖然是現(xiàn)代社會一個比較新的行業(yè)，但是在提高汽車、制造等行業(yè)的自動化程度上有不可磨滅的功勞，因此，許多國內(nèi)外的專業(yè)人士都認(rèn)為它將是一個大規(guī)模的高新技術(shù)行業(yè)。現(xiàn)在人民的生活水平日益提高，對產(chǎn)品的要求也越來越高，這樣工業(yè)機(jī)器人就有了應(yīng)用的空間，隨著我國汽車、制造等行業(yè)大量使用工業(yè)機(jī)器人，我國機(jī)器人市場的需求量很大，但在實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器人中進(jìn)口占了絕大多數(shù)，在目前所使用的工業(yè)機(jī)器人中，國產(chǎn)僅占20%，其余都是從日本、德國、瑞典等國家引進(jìn)的，然而由于國外的機(jī)器人并不完全適合中國企業(yè)的要求，有很大一部分都不能正常使用，因此現(xiàn)在國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展既有機(jī)遇又有挑戰(zhàn)。
以焊接行業(yè)為例，因?yàn)楹附庸ぷ骶哂泄ぷ鲝?qiáng)度高、危險性大、時間長等特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人愿意從事這一行了，這樣就迫切需要大量的焊接機(jī)器人，目前我國焊接機(jī)器人較少，遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和，再加上近年來國家政策支持發(fā)展國產(chǎn)機(jī)器人，這一切都說明工業(yè)機(jī)器人有很好的發(fā)展前景，研發(fā)高精度的焊接機(jī)器人有助于提高人民的生活質(zhì)量，提高工業(yè)自動化程度，促進(jìn)我國從制造大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國。
4. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：
（1）國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：
在 1946 年，美國發(fā)明家就申請了示教再現(xiàn)控制技術(shù)的專利，這種控制技術(shù)目前仍然應(yīng)用在大多數(shù)的示教工業(yè)機(jī)器人中，它其實(shí)就是人工把機(jī)器人從起始位置到工作目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動路徑運(yùn)行一遍，機(jī)器人自身就記錄下各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角等資料，以實(shí)現(xiàn)以后工作的再現(xiàn)。到 1959 年，第一臺正式用于工業(yè)的機(jī)器人樣機(jī)，在美國被設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來了。而且僅僅過了三年，可以用于實(shí)際工作的機(jī)器人“VERSTRAN”就在美國的AMF公司誕生了，從此就引發(fā)了全世界對機(jī)器人的研究熱潮。許多國家開始積極出臺相關(guān)政策，首先作為機(jī)器人技術(shù)發(fā)源地的美國，繼續(xù)加大投入，鼓勵機(jī)器人的研究和應(yīng)用；而德國政府則采用強(qiáng)硬手段支持其國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展，一些工作崗位被強(qiáng)制規(guī)定：必須使用機(jī)器人，這樣一來就加快了其機(jī)器人的研發(fā)和實(shí)用進(jìn)程；英國為了彌補(bǔ)一開始的失誤，采取加大對其自身機(jī)器人的財政補(bǔ)貼、擴(kuò)大對機(jī)器人的宣傳等政策，使英國機(jī)器人的發(fā)展穩(wěn)步提高；日本對機(jī)器人的研發(fā)雖然起步較晚，但其憑借與美國的良好關(guān)系，從美國引進(jìn)機(jī)器人的成熟、先進(jìn)技術(shù)，再加上政府的大力支持和自身研發(fā)者的刻苦鉆研，使得日本機(jī)器人，在世界機(jī)器人行業(yè)中有著舉足輕重的地位。根據(jù)近期的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，目前在各種領(lǐng)域工作的機(jī)器人，大概有50%是由日本研發(fā)、制造的。
因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人擁有工作時間長、柔性好及適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以它在汽車制造業(yè)、機(jī)械工程、醫(yī)療器械、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用較多，而在這些行業(yè)中，汽車行業(yè)是應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人最早，也是最多的，其數(shù)量大概占有37%左右。
工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)在國外的一些國家已經(jīng)比較成熟，其應(yīng)用范圍也是遍布各行各業(yè)。以日本為例來說，當(dāng)初其微電子行業(yè)的發(fā)展，使日本的勞動力明顯不足，這樣工業(yè)機(jī)器人在公司受到了“救世主”般的歡迎，使日本的工業(yè)機(jī)器人得到政府和企業(yè)的高度重視，從而促使其快速發(fā)展，現(xiàn)在日本的各個行業(yè)都有機(jī)器人的身影。目前不管是從機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度來看，日本都位居世界第一。而其它歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家機(jī)器人的發(fā)展，則更是可見一斑。下面用具體的數(shù)字來直觀地描述國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用情況，從工業(yè)機(jī)器人的密度(即每萬名生產(chǎn)工人占有的機(jī)器人數(shù)量)來分析，日本和意大利分別達(dá)到 1700 臺和 1600 臺，聯(lián)邦德國為 1190 臺，法蘭西共和國有 1130 臺，葡萄牙有 980 臺，美國為 780 臺，瑞典有 650 臺，加拿大 620臺，我國最多擁有 90 臺(汽車行業(yè))。
到目前為止，許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都有自己知名的代表性機(jī)器人制造商，這些機(jī)器人企業(yè)一般被分為兩種：歐系和日系。在這些工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家中，如發(fā)那科、安川、OTC、三菱、那馳不二越等稱為日系；而另外一些常見的像史陶比爾、杜爾、ADEPT、意大利的 COMAU 公司以及奧地利的重工 GM 等稱為歐系。這些跨國公司，不僅對其各自的國家來說是支柱性企業(yè)，而且在國際上也都比較有影響力，幾乎壟斷了機(jī)器人行業(yè)。
（2） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
我國由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，對機(jī)器人的研究是從上世紀(jì) 70 年代才逐漸開始的，而且還僅僅是研究分析機(jī)器人的基礎(chǔ)理論，直到 1986 年，國家出臺政策，將機(jī)器人作為高新技術(shù)來研究，并且陸陸續(xù)續(xù)成立了一些專業(yè)的科研院所和公司，這樣我國機(jī)器人事業(yè)才得到了較快的發(fā)展。比如說首鋼莫托曼，雖然說是目前國內(nèi)最大、最先進(jìn)的機(jī)器人生產(chǎn)制造公司，但因?yàn)槭侵腥蘸腺Y企業(yè)，技術(shù)方面主要依靠從日本引進(jìn)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)、生產(chǎn)了多個系列的多種機(jī)器人，占有一定的市場份額，但對工業(yè)機(jī)器人國產(chǎn)化幫助有限。而 2000 年成立的沈陽新松機(jī)器人公司，是完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的，同時它也是我國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)基地，隸屬于中國科學(xué)院，它成功研制了我國第一臺工業(yè)機(jī)器人，從而揭開了國產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用的序幕，并且填補(bǔ)了我國在這一行業(yè)的空白。現(xiàn)如今，新松機(jī)器人公司生產(chǎn)的機(jī)器人種類多樣，相關(guān)技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品應(yīng)用在我國的很多自動化行業(yè)中，打破了國外的壟斷，為促進(jìn)我國工業(yè)自動化做出了較大貢獻(xiàn)。
隨著從 2008 年開始的勞工成本大幅上升，工業(yè)機(jī)器人就逐漸在我國的制造行業(yè)嶄露頭角，當(dāng)年我國新增的各種機(jī)器人達(dá) 7500 臺之多，其數(shù)量是前 24 年銷售總量的三分之一。在不久的未來，機(jī)器人將作為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到廣泛應(yīng)用，并將成為我國工業(yè)自動化技術(shù)與應(yīng)用的“生力軍”。
沈陽新松公司（ＳＩＡＳＵＮ）在國內(nèi)率先開展機(jī)器人的研巧。其研發(fā)的焊接機(jī)器人在許多廠商中得到應(yīng)用，如點(diǎn)焊機(jī)器人成功應(yīng)用于一汽轎車的小紅旗、世紀(jì)星兩種車型的車身姐焊；為大連華克－吉萊特汽車公司組建弧焊機(jī)器人工作站等。奇瑞汽車有限股份公司主要產(chǎn)品有弧焊、點(diǎn)焊等多種機(jī)器人產(chǎn)品系列，但僅用于奇瑞汽車生產(chǎn)線上，適應(yīng)范圍較窄，并且未能完全實(shí)現(xiàn)自主研制，其核必部件依然受國外的限制，如奇瑞ＵＵＱＨ－１６５中的電阻焊接控制器采用日本ＮＡＤＥＸ的ＰＨ５－７００３電阻焊接控制器，焊巧采用曰本小原的一體化氣動焊領(lǐng)。雖然我國在機(jī)器人技術(shù)方面取得一定的進(jìn)步，但是受國外技術(shù)壟斷，國內(nèi)工業(yè)水平較落后等因素的影響，國產(chǎn)機(jī)器人占用比還是較低。另外我國研制的焊接機(jī)器人在可靠性、定位精度、使用壽命等方面與國外產(chǎn)品相比依然有較大差阻町因此市場競爭力較弱，產(chǎn)品難以打入國際市場。
隨著現(xiàn)代加工技術(shù)要求的提升，為了適應(yīng)發(fā)展要求，焊接機(jī)器人技術(shù)的研究也在不斷的深入，智能化、模塊化、物聯(lián)網(wǎng)化的概念將成為發(fā)展的主流，焊接機(jī)器人發(fā)展方向主要分為智能傳感技術(shù)、多機(jī)器人協(xié)作焊接、嵌入式控制技術(shù)及開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)。
智能傳感技術(shù)。焊接機(jī)器人的控制是一個多變量的控制過程，控制量的控制結(jié)果則是通過傳感器反饋回來，傳統(tǒng)的傳感器采集的是位置、速度、加速度等這些直接控制量，而新型傳感器則具備自動識別和調(diào)節(jié)功能，再結(jié)合相關(guān)算法能讓焊接機(jī)器人的控制更具智能化，比如說焊縫的自動識別與跟蹤、焊接質(zhì)量的自動檢測、加工工件自動定位等。
多機(jī)器人協(xié)作焊接。單機(jī)器人焊接作業(yè)雖然能夠完成部分的任務(wù)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中隨著被加工對象的復(fù)雜性和柔性生產(chǎn)線的自動化要求的不斷提升，單機(jī)器人的焊接系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求，只有借助多機(jī)器人協(xié)同焊接才能從根本上解決問題，而多機(jī)器人焊接的協(xié)調(diào)控制也帶來了許多全新的難點(diǎn)，但并不阻礙它成為一個研究熱點(diǎn)。
嵌入式控制技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近幾年一直不斷的受到熱捧，而物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)要靠嵌入式系統(tǒng)來得以體現(xiàn)，將嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用在焊接機(jī)器人控制中是一個全新的突破點(diǎn)，嵌入式控制系統(tǒng)相比基于微處理器的控制具有很高的實(shí)時性和網(wǎng)絡(luò)通訊能力，可以有效保證焊接過程中的實(shí)時監(jiān)測性能和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力。
開放式焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)。隨著機(jī)器人技術(shù)研究的專業(yè)化程度不斷深入，焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放性以及模塊化已經(jīng)不可阻擋，控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性已成為發(fā)展趨勢，各研究機(jī)構(gòu)與大型組織已經(jīng)進(jìn)行一些探索，如今基于PC的開放式控制系統(tǒng)儼然成為了熱捧的研究方向。
5. 設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容
（1）設(shè)計(jì)思路概述
焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路大體分為兩個階段：
（1）系統(tǒng)分析階段
① 根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)，明確所采用的機(jī)器人的目的和任務(wù)；
② 分析機(jī)器人系統(tǒng)所在的工作環(huán)境；
③ 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人的自由度，信息的儲存量，計(jì)算機(jī)功能，動作精度的要求，容許的運(yùn)動范圍，以及對溫度，震動等環(huán)境的適應(yīng)性。
（2）技術(shù)設(shè)計(jì)階段
① 根據(jù)系統(tǒng)的要求確定機(jī)器人的自由度和和允許的空間工作范圍，選自機(jī)器任的坐標(biāo)形式；
② 擬定機(jī)器人的運(yùn)動路線和空間作業(yè)圖；
③ 確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型；
④ 選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)；
⑤ 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。
（2）焊接機(jī)器人總體機(jī)構(gòu)
總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時,焊接機(jī)器人是由底座，腰部，大臂，小臂，手腕，工作部分組成，
機(jī)器人活動范圍：
（3）手臂設(shè)計(jì)
手臂控制機(jī)器人末端焊槍的位姿，想要達(dá)到任意位姿，需要3 個自由度，手臂構(gòu)型常見位姿有四種，1、直角坐標(biāo)系型；2圓柱 坐標(biāo)系型；3、球坐標(biāo)系型；4、關(guān)節(jié)型；
1. 直角坐標(biāo)系型：
這種形式的手臂是通過控制三個互相垂直方向 的位移，從而確定了機(jī)器人焊槍的空間位置， 由于三個關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)，故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高，因?yàn)槿齻€關(guān)節(jié)沒有耦合運(yùn)動， 所以控制起來也較為簡單，但其不足之處也是 顯而易見的，比如說，其運(yùn)動需要導(dǎo)軌，這使 其整體尺寸變大，并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小
2. 圓柱坐標(biāo)系型：
人焊槍的空間位置， 由于三個關(guān)節(jié)都是移動關(guān)節(jié)，故其結(jié)構(gòu)剛度大 、工作精度高，因?yàn)槿齻€關(guān)節(jié)沒有耦合運(yùn)動， 所以控制起來也較為簡單，但其不足之處也是 顯而易見的，比如說，其運(yùn)動需要導(dǎo)軌，這使 其整體尺寸變大，并且導(dǎo)致工作空間與結(jié)構(gòu)所 占空間的比值減小，工作速度也較慢 圓柱坐標(biāo)式的手臂，是運(yùn)用關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動形式和 移動形式的組合運(yùn)動來確定腕部 在工作空間的位置，這種構(gòu)型工作速度較快， 結(jié)構(gòu)尺寸好計(jì)算，但是操作起來有些 不太靈活，工作過程中容易和其他物體發(fā)生碰 撞，因此一般應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人 。
3.球坐標(biāo)系型：
球坐標(biāo)式手臂是由兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān) 節(jié)組成，這種構(gòu)型的設(shè)計(jì)方案使其結(jié)構(gòu)緊湊， 自身所占空間減小，然而移動關(guān)節(jié)需要導(dǎo)軌結(jié) 構(gòu)，使整體機(jī)構(gòu)靈活性變差，目前應(yīng)用不多 。
4. 關(guān)節(jié)型：
關(guān)節(jié)式手臂是由三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)末端的 位姿調(diào)整，這種構(gòu)型方案是運(yùn)用仿生學(xué)理論 來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其靈感來自于人或類人的手 臂結(jié)構(gòu)。關(guān)節(jié)型的手臂相對其它構(gòu)型的手臂 來說，其對于確定工作空間內(nèi)的任意位姿是 最快的，并且在工作時手臂幾乎不存在任何 干涉；其結(jié)構(gòu)緊湊，操作靈活，工作空間與 自身結(jié)構(gòu)體積的比值是最大的；雖然控制較為復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和控制算法的完善，目前已經(jīng)比較成熟了。
（4） 手腕設(shè)計(jì)
手腕可以確定焊槍空間的姿態(tài)，在參考人體手腕的基礎(chǔ)上，確定機(jī) 器人腕有三個自由度，俯仰形式關(guān)節(jié)為B，旋轉(zhuǎn)形式關(guān)節(jié)為R，則 現(xiàn)存的手腕結(jié)構(gòu)有BBR、BRR、RBR、RRR。
1． BBR型手腕減少了手腕縱向尺寸，減小了工 作空間，不夠靈活。一般來說，旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)與平移關(guān)節(jié)相比，具有工作空間大、 結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕以及靈活性好等特點(diǎn)， 也更容易做密封防塵。
2． RRR手腕構(gòu)型的工作空間較大，但其結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜，對焊接工作的精度有較大影響，且 當(dāng)其完全伸展時，三根關(guān)節(jié)軸處于同一平 面內(nèi)，同時有兩根旋轉(zhuǎn)軸重合，這樣將導(dǎo) 致機(jī)器人手腕喪失一個自由度，從而使手 腕不能到達(dá)任意位置姿態(tài)，不滿足本設(shè)計(jì) 要求。
3． RBR構(gòu)型的手腕不僅很容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳 動和控制，而且其手腕三根關(guān)節(jié)軸相交于 一點(diǎn)，運(yùn)動學(xué)逆問題有封閉解，控制算法 簡單，其結(jié)構(gòu)緊湊，在同樣條件下其末端 運(yùn)動件更加輕型化，并且RBR完全展開時更 適合微調(diào)操作 。
（5） RV減速器
（6）傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
焊接機(jī)器人的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式和電動機(jī)式。
1. 液壓驅(qū)動:是指動源（發(fā)動機(jī)或電機(jī)）驅(qū)動油泵產(chǎn)生壓力油，壓力油再去驅(qū)動液壓馬達(dá)，由液壓馬達(dá)產(chǎn)生機(jī)器需要的動力。
2. 氣動驅(qū)動多用于開關(guān)控制和順序控制的機(jī)器人，與液壓驅(qū)動相比較，氣動驅(qū)動由于壓縮空氣粘度小，所以容易達(dá)到高速；由于可利用工廠集中空氣壓縮機(jī)站供氣，減少了動力設(shè)備；空氣介質(zhì)不污染環(huán)境，安全高溫下可正常工作；空氣取之不竭用之不盡，相對于油液廉價，故氣動驅(qū)動元件比液壓元件價格低……
3. 電機(jī)驅(qū)動可分為普通交流電動機(jī)驅(qū)動，交、直流伺服電動機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動。隨著材料性能的提高，電動機(jī)性能也在隨之提高并且電動機(jī)使用簡單，所以就目前來看，機(jī)器人驅(qū)動正逐步為電動機(jī)驅(qū)動式所代替。
三種驅(qū)動系統(tǒng)的比較
內(nèi)容
驅(qū)動方式
液壓驅(qū)動
氣動驅(qū)動
電機(jī)驅(qū)動
輸出力
壓力高，可獲得大的輸出力
壓力相對要小，輸出力小
輸出力較大
控制性能
利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制
氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制
控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜
響應(yīng)速度
很高
較高
很高
結(jié)構(gòu)性能及體積
結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大
結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小
伺服電動機(jī)易標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動機(jī)外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題
安全性
防爆性能好，用液壓油作為傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險
防爆性能好，高于1000kPa（十個大氣壓）時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性
設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)危險，直流有刷電動機(jī)換向時有火花，對環(huán)境防爆性能較差
對環(huán)境影響
液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染
排氣時有噪聲
無
在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用范圍
適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、電焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手
適用于中小負(fù)載驅(qū)動、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手
適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手
成本
液壓元件成本較高
成本低
成本高
維修及使用
方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要求
方便
較復(fù)雜
6. 文獻(xiàn)查閱概況
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7.設(shè)計(jì)（論文）提交形式
畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
外文翻譯資料
8.進(jìn)度安排
第四周： 相關(guān)資料的搜集，英語文獻(xiàn)的翻譯及編寫開題報告。
第五周： 相關(guān)資料的搜集，英語文獻(xiàn)的翻譯及編寫開題報告。
第六周： 電動機(jī)的選型，底座設(shè)計(jì)。
第七周： VR減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第八周： 大臂，小臂，手腕的計(jì)算。
第九周： 其余部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第十周： 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
第十一周：總體布局。
第十二周：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。
第十三周：焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化及繪圖。
第十四周：焊接機(jī)器人控制部分設(shè)計(jì)及電氣原理圖繪制。
第十五周：編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。
第十六周：畢業(yè)答辯。
9. 指導(dǎo)教師意見
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