五自由度焊接机器人总体及大臂与腰部设计

本科毕业设计（论文）通过答辩

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

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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，

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全国共有各类焊接机器人1040台，汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76%。在汽车行业中点焊机器人与弧焊机器人的比例为3：2，其他行业大都是以弧焊机器人为主，主要分布在工程机械（10%）、摩托车（6%）、铁路车辆（4%）、锅炉（1%）等行业。焊接机器人也主要分布在全国几大汽车制造厂，从图1中还能看出，我国焊接机器人的行业分布不均衡，也不够广泛。

进入21世纪由于国外汽车巨头的不断涌入，汽车行业迅猛发展，我国汽车行业的机器人安装台数迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千台的数量增长。估计我国目前焊接机器人的安装台数在4000台左右。汽车行业焊接机器人所占的比例会进一步提高。

目前在我国应用的机器人主要分日系、欧系和国产三种。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司。国产机器人主要是沈阳新松机器人公司产品。

目前在我国虽然已经具有自主知识产权的焊接机器人系列产品，但却不能批量生产，形成规模，有以下几个主要原因：

国内机器人价格没有优势。近10年来，进口机器人的价格大幅度降低，从每台7-8万美元降低到2-3万美元，使我国自行制造的普通工业机器人在价格上很难与之竞争。特别是我国在研制机器人的初期，没有同步发展相应的零部件产业，如伺服电机、减速机等需要进口，使价格难以降低，所以机器人生产成本降不下来；我国焊接装备水平与国外还存在很大差距，这一点也间接影响了国内机器人的发展。对于机器人的最大用户—-汽车白车身生产厂来说，目前几乎所有的装备都来从国外引进，国产机器人几乎找不到表演的舞台。

我们应该承认国产机器人无论从控制水平还是可靠性等方面与国外公司还存在一定的差距。国外工业机器人是个非常成熟的工业产品，经历了30多年的发展历程，而且在实际生产中不断地完善和提高，而我国则处于一种单件小批量的生产状态。

国内机器人生产厂家处于幼儿期，还需要政府政策和资金的支持。焊接机器人是个机电一体化的高技术产品，单靠企业的自身能力是不够的，需要政府对机器

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人生产企业及使用国产机器人系统的企业给予一定的政策和资金支持，加速我国国产机器人的发展。

二、主要技术经济指标和参数：

自由度数 5

驱动方式伺服或步进电机

总高1300mm

最大持重 12kg

各轴转角

轴 转角º速度º/s

1轴 300

2轴 120

3轴 11090

4轴 210

5轴 360180

三、研究的基本内容，你解决的主要问题（阐述的主要观点）

焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40%以上，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。归纳起来采用焊接机器人有下列主要意义：

(1) 稳定和提高焊接质量,保证其均一性。

(2) 改善了工人的劳动条件。

(3) 提高劳动生产率。

本论文所研究的为5自由度焊接机器人，主要解决焊接机器人腰部以及大臂的工作平稳性和提高其工作效率，主要解决一下几个问题：

(1)理清整个机器的工作原理，及各个部件相互关系，使之协调。

(2)都大臂和腰部的工作原理做研究，明确其传动路线。

(3)明确各个部件的装配关系，画出装配图和主要零件图。

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(4)明确各个部件的技术要求，合理选择材料及配合关系。

四、课题研究工作进度计划

起止日期工作内容

**.01.02-**.3.14 撰写文献综述外文翻译开题报告

**.01.05-**.3.14 毕业实习

**.03.15-**.04.01 总体设计

**.04.02-**.04.27 部件设计

**.04.28-**.05.14 零件设计

**.05.15-**.05.29 编写设计计算说明书

**.05.30-**.06.04 预答辩及修改工作

**.06.06-**.06.09 主审教师评阅

**.06.10左右答辩及成绩综合评定

六、主要参考文献

[1]申永盛.机械原理[M].北京：清华大学出版社，1999.260～264

[2] 徐德，涂志国，赵晓光，等.弧焊机器人的视觉控制[J].焊接学报，2004，

25（4）：10-14.

[3成大先.机械设计手册，减(变)速器.电机与电器[M].北京：化学工业出版社2004.1

[4] 周炳森,《新编焊接设备选型与焊接材料选用实用手册》.出版时间:2006年

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