焊接机器人选型设计

对机器人的结构造 型进行构思绘制草 图，右图是机器人 结构示意图。 通过对机器人进行 草图的设计，得出 这种具有多关节的 臂型机器人，其结 构具有6个自由度。
机器人结构示意图


在我们学习的传动机构中，再结合上面结 构示意图。可以发现丝杠滚珠传动机构难 在此机构上运行。皮带传动显然强度不够。
因此齿轮传动跟链传动是比较适合此关节 型机器人运行。齿轮传动跟链传动比，链 传动最大的优势是可以远距离的传动。而 在机器人身上传动不需要太远大的距离， 要是距离太大则影响机器人的机构大小。 故选择齿轮传动机构。

直齿圆柱外啮合齿轮传动和内啮合齿轮传动对比的不同之 处：内齿轮的齿顶圆小于分度圆，齿根圆大于分度圆；内 齿轮的齿廓是内凹的，其齿厚和齿槽宽分别对应于外齿轮 的齿槽宽和齿厚；为了使内齿轮齿顶的齿廓全部为渐开线， 其齿顶圆必须大于基圆。当要求齿轮传动轴平行，回转方 向一致，且传动结构紧凑时可以采用内啮合齿轮传动。

通过机器人的结构设计发现，内啮合齿轮 在机器人应用中其结构比较紧凑，符合焊 接机器人的特点。所以内啮合齿轮传动机 构是比较适合臂型机器人运动。 由于机器人结构具有6个自由度，所以需要 6组内啮合齿轮传动机构。

一、手臂结构设计 分为三部分 大臂、小臂和手腕

大臂的两端基本上是 一个对称结构，一端 是带有轴承跟大齿轮 的大臂俯仰端，另一 端是带有电机提供给 小齿轮俯仰动力的机 构。两边机构基本一 样，这样就可以满足 大臂跟小臂的俯仰需 求。
通过对方案的比较 发现方案二跟适合 设计要求。关节式 机器人具有活动灵 活，焊接位置相对 比较广，定点比较 准确。可操作性比 较强。所以最终确 定方案二为本次设 计对象。
采用永磁同步交流伺服电机驱动 原因：


①伺服电机可使控制速度，位置精度比步进电机 准确，可以将电压信号转化为和转速转矩以驱动 控制对象。 ②交流伺服电机和直流伺服电机在功能上的区别： 交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉 动小。直分则是固定一个伺服电机， 电机是连接大臂部分。腰基座的大小是根 据整体机器人的大小以及重量等因素来确 定基座的大小，由于是焊接机器人的设计， 故先将机器人的重量设定为120kg~140kg左 右。 同时基座的设计还需要考虑刚度、精度、 平稳性。


采用计算机控制系统。
它由计算机硬件、软件和一些专用电路组 成，其软件包括控制器系统软件、机器人 专用语言、机器人运动学及动力学软件、 机器人控制软件、机器人自诊断及自保护 软件等。


方案二：关节式焊接机器人 人之所以能活动自如就因为人身上有许 许多多的关节。一个人的腰部以上包括腰部到 手指几乎能触及到以手臂为半径的球体范围。 所以将机械结构设计成人体的上半身的机械臂 结构将有助于实际焊接轨迹的应用。此机器人 为关节式结构，机器人主体的关节结构由腰部、 大臂、小臂、腕部等几个部分组成。 方案三：极坐标焊接机器人 手臂有两个回转关节和一个棱柱关节，其 轴线按极坐标配置，运动学模型较复杂，占用 空间较小，操作范围大且灵活。


1 .焊接机器人系统的组成简介
焊接机器人系统一般由如下几部分组成：机械手、变位机、控制器、 焊接系统（专用焊接电源、焊枪或焊钳等）、焊接传感器、中央控制 计算机和相应的安全设备等。典型的焊接机器人组成如图所示：


不同的焊接要求可以有不同的结构设计，鉴于 机器人的工作环境的要求，因此设计出以下三 种方案。 方案一：导轨式焊接机器人 通过多副齿轮导轨控制焊机移动达到焊接 的目的，导轨可根据生产需求跟空间要求安装 齿轮导轨。机器人焊接机可以在导轨上上、下、 左、右、前、后运动。优点具有结构简单，安 装方便。缺点是占用空间位置，焊接位置具有 局限性。

本次焊接机器人选型设计基本完成了对焊 接机器人相关结构的设计。将焊接机器人 引入焊接系统中，基本上可以符合焊接需 求。
在结构的设计上还有许多不足之处，望老 师和同学们指导。



小臂旋转机构跟俯仰 机构基本上也是一个 类似的工作原理，都 是电机连接轴带动小 齿轮再带动大齿轮运 转，使机构可以自由 的运动。 手腕部分机构跟小臂 部分基本上没有区别， 除了机构上的大小不 一样，其作用功能都 是一样的。腕部的顶 端联接的是一个法连 是用于焊枪机构的。

机器人的基座不仅要 实现可以带动整个机 械主体进行360度的旋 转，还需一端固定于 一个基准面。本次设 计是将机器人设计为 落地式的机器人，所 以基座的一端是需要 带底盘的，并且可以 很好的固定在地面上。 所以基座只有一个旋 转的自由度。
两边机构基本一样这样就可以满足大臂跟小臂的俯仰需小臂旋转机构跟俯仰机构基本上也是一个类似的工作原理都是电机连接轴带动小齿轮再带动大齿轮运转使机构可以自由的运动
制作人：苏卓 小组成员： 唐徐（组长） 苏卓 宋永强


在科技日益发达的今天，机器人已逐步进入人类的生产 生活当中。当初只能在电视电影上看到的机器人，那些 能够举起千斤重物的机器人，能够在墙上飞檐走壁的机 器人。在我们这个时代已经不是梦想，在大街上我们可 以看到爬壁机器人的高空作业，在深海机器人又可以代 替人类考察，甚至上月球进行研究考察数据。这些机器 人将在我们的生活中越来越平凡。 在工业生产中机器人更有人类难以取代的位置。机器人 可以在恶劣的环境下代替人类工作，机器人不会觉得累。 在焊接方面机器人更是做的比较出色。对于线条、点面 进行的焊接精确度是相当的高。焊接机器人的质量直接 就决定了生产制造出的产品的质量，所以制造一个精度 高，机构精巧的焊接机器人是必不可少的。