焊接机械手结构设计【焊接机器人】【四自由度】
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湖南科技大学 2014 届毕业设计(论文)开题报告
题 目
焊接机械手结构设计
作者姓名
学号
所学专业
机械设计制造及其自动化
1、 研究的意义,同类研究工作国内外现状、存在问题(列出主要参考文献)
背景和研究意义:
随着工业自动化发展的需要,焊接机械手在工业应用中越来越重要。焊接机械手可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,提高劳动生产率和自动化水平,解决了工业生产中长期频繁单调的操作。也提高了产品的生产速度,所以机械手的使用是非常高效的,因此需要设计出让人跟满意的焊接机械手。
焊接机械手的结构设计与一般的机械结构设计相比,既具有类似性,又有其独特性。从机构学的角度来看,机械手的机械结构可看作是一系列连杆通过旋转关节、移动关节连接起来的开式运动链。 与一般机构相比,机械手的开链结构型式具有灵巧性和空间可达性等,但由于开链式结构实际上是一系列悬臂杆件串联而成的,机械误差和弹性变形的累计,影响机械手的刚度和精度。因此,机械手的结构设计既要满足强度要求,又要考虑刚度和精度。另一方面,机械手的机械结构,特别是关节传动系统,是整个伺服系统中的一个组成部分,无论是结构的紧凑性、灵巧性,还是在运动时的稳定性、快速性等伺服性能,都比一般机构有更高的要求。
焊接机械手虽然有多种结构形式,但大体上都可以分为3大组成部分,即本体、点焊焊接系统及控制系统。目前应用较广的点焊机器人,其本体形式为直角坐标简易型及全关节型。前者可具有1~3个自由度,焊件及焊点位置受到限制;后者具有5~6个自由度,能在可到达的工作区间内任意调整焊钳姿态,以适应多种形式结构的焊接。
对焊接机械手的结构设计进行研究,目的是寻找在不同要求下最优的机械结构,以最大效益的满足生产需要。
国内外现状、存在问题:
工业焊接机械手的发展过程可分为三代,第—代,为示教再现型,它主要由机器手控制器和示教盒组成,可按预先引导动作记录下信息重复再现执行,当前工业中应用最多。第二代为感觉型,如有力觉触觉和视觉等,它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力,目前已进入应用阶段。第三代为智能型它具有感知和理解外部环境的能力,在工作环境改变的情况下,也能够成功地完成任务,它尚处于实验研究阶段。
1、国外工业机器人的的发展
美国是机器人机械手的诞生地,早在1961年,美国的ConsolidedControlCorp和AMF公司联合研制了第一台实用的示教再现机器人。经过40多年的发展,美国的机器人机械手技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进,适应性也很强。
日本在1967年从美国引进第一台机器人,1976年以后,随着微电子的快速发展和市场需求急剧增加,日本当时劳动力显著不足,工业机器人在企业里受到欢迎,使其日本工业机器人得到快速发展,现在无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年,但战争所导致的劳动力短缺,国民的技术水平较高等社会环境,却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。目前,德国工业机器人的总数占世界第二位,仅次于日本。
2、国内工业机器人的发展
我国工业机器人起步于20世纪70年代初期,我国于1972年开始研制自己的工业机器人。进入20世纪80年代后,随着改革开放的不断深入,在高技术浪潮的冲击下,我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持,“七五”期间,国家投入资金,对工定机器人及零部件进行攻关,完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发,研制出了喷漆,点焊,弧焊和搬运机器人。,国家高技术研究发展计划开始实施,经过几年研究,取得了一大批科研成果。成功地研制出了一批特种机器人。
从2O世纪9O年代初期起,我国的国民经济进入实现两个根本转变期,掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮,我国的工业机器人又在实践中迈进了一大步,先后研制了点焊,弧焊,装配,喷漆,切割,搬运,码垛等各种用途的工业机器人,并实施了一批机器人应用工程,形成了一批工业机器人产业化基地,为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。但是与发达国家相比,我国工业机器人还有很大差距。
2、 研究目标、内容和拟解决的关键问题(根据任务要求进一步具体化)
研究目标:完成焊接机械手的结构设计。
研究内容:
本设计研究焊接机械手,以完成汽车的车身、底盘等重要部位的焊接工作。
进行机械手的原理方案设计,比较并提出系统的总体方案。
根据技术要求进行系统的结构设计:
1.加强度现实生产中工业焊接机械手的理解
2.设计前对机械手主要的知识认知
3.对焊接机械手的各主要组成部分的分析,设计方案的确定
4.确定机械手的主要结构
5.对各主要结构进行计算分析
6.确定机械手各部件的可靠性
7.绘制主要结构零件图
8.绘制装配图
拟解决的关键问题
1.选取机械手的坐标形式及自由度;
2设计各机械手的执行机构:如点焊部分、手腕、手臂;
3.传动系统的设计;
3、 特色与创新之处
通过本次对焊接机械手的结构设计,可以缩短提升机设计周期,提高产品的设计质量和使用寿命,提高企业的技术创新能力和市场竞争能力。
4、 拟采取的研究方法、步骤、技术路线
先把本设计模块化处理,它包含选型(坐标型式),腰部回转,手臂俯仰,直线位移,焊枪与手臂结合5部分。细化每部分的设计思路如下表:
1
2
3
4
坐标型式
直角坐标式
圆柱坐标式
球坐标式
关节式
腰部回转
齿轮传动
蜗轮蜗杆
带传动
手臂俯仰
齿轮传动
蜗轮蜗杆
带传动
直线位移
齿条传动
液压传动
气压传动
滚珠丝杠副
焊枪手臂结合
夹持式
吸附式
如图可得:可能采用的方案共:4x3x3x4x2=288种
本设计研究汽车车身焊接的机械手,以完成汽车的车身、底盘等重要部位的焊接工作。
方案一:直角坐标式机械手,蜗轮蜗杆传动,直线位移液压传动,焊枪手臂结合吸附式。
方案二:关节式机械手,齿轮传动,直线位移滚珠丝杠副。焊枪手臂夹持式。
方案三:直角坐标式机械手,齿轮传动,直线位移齿条传动,焊枪手臂结合夹持式。
方案四:球坐标式机械手,齿轮传动,直线位移气压传动,焊枪手臂结合吸附式。
本设计中要求腰部回转和手臂俯仰,加工范围较大;尽可能减少机体空间更优;并要求进行电焊,因此对位置精度要求较高;焊枪要长时间工作。
因此选用方案二为最优方案。
5、 拟使用的主要设计、分析软件及仪器设备
设计软件:AutoCAD、Pro/E。
6、 参考文献
[1]李雷阵,胡小建,王求.《全国机械装备先进制造技术{广州)高峰论坛》.文集:机械工业出版社,2005
[2]李坤,杨家军.《5自由度焊接机械手的运动学研究》:机器人技术,机械工程师2007
年第4期
[3]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社
[4]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社
[5]张利萍.液压传动系统及设计[M].北京:化学工业出版社,2005:1-402.
[6]杨东邦.机械CAD制图与标准应用[M].北京:中国标准出版社,1998
[7]王政.焊接工装夹具及变位机械.北京:机械工业出版社,2003.
[8]张建民.机电一体化系统设计网.北京:北京理工大学出版社,2006.
[9]何家金.机械电气自动控制网.重庆:重庆大学出版社,2002.
[10]周骥平,林岗.机械制造自动化技术网.北京:机械工业出版社,2007.
[11]吴宗泽.机械零件设计手册[K1.北京:机械工业出版社,2003.
[12]孙树栋.《工业机器人技术基础》.西北工业大学出版社2006.4,75-76.
[15]CraigJJ.IntroductiontoRoborics[J].NewYork:AddisonWeskyPublishingCo.,1989
注:
1、开题报告是本科生毕业设计(论文)的一个重要组成部分。学生应根据毕业设计(论文)任务书的要求和文献调研结果,在开始撰写论文之前写出开题报告。
2、参考文献按下列格式(A为期刊,B为专著)
A:[序号]、作者(外文姓前名后,名缩写,不加缩写点,3人以上作者只写前3人,后用“等”代替。)、题名、期刊名(外文可缩写,不加缩写点)年份、卷号(期号):起止页码。
B:[序号]、作者、书名、版次、(初版不写)、出版地、出版单位、出版时间、页码。
3、表中各项可加附页。
4
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