品问市。 (3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 (4)机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 (5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 (6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 (7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机
四自由度机器人结构设计及控制实现:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中
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新中国成立后，经过50年的艰苦努力，中国焊接生产机械化自动化技术发展应用，取得了很大的成就，焊接生产过程机械化与自动化程度已达到20%。在以焊接技术为主导制造工艺技术的大中型骨干企业，焊接生产过程综合机械化与自动化程度已达到40%～45%。在机床、锅炉、汽车、化工机械、工程机械和重型机械等国家重点骨干企业，通过引进国外先进技术及相应配套的自动化焊机、成套焊接设备、焊接生产线和柔性制造系统，使焊接生产机械化与自动化技术达到了国际90年代初的先进水平，进入世界先进之列。
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第2章 焊接机器人的总体方案
此次设计的目的是设计一台焊接机器人，本章节主要对焊接机器人的机械结构系统部分进行研究、设计和分析。
2.1 焊接机器人总体设计的思路
设计机器人大体上可分为两个阶段： (1) 系统分析阶段
1）根据焊接机器人系统索要实现的目标，明确所采用机器人的目的和任务； 2）分析机器人所在系统的工作环境；
3) 根据焊接机器人的工作要求和工作环境，基本上确定机器人的功能和方案。例如机器人的自由度、信息的存储量、计算机功能、承受力矩、动作精度的要求、容许的运动范围、静动载荷以及对温度、震动等环境的适应性。 (2) 技术设计阶段
1）根据系统的要求来确定机器人的自由度和允许的空间工作范围，选择机器人的坐标形式和工作方式；
2）拟订机器人的运动路线和空间作业图； 3）确定驱动系统的类型；
4）选择各部件的具体结构以及尺寸，进行机器人总装图的设计与装配； 5）绘制机器人的零件图，并确定尺寸。
2.2 焊接机器人自由度和坐标系的选择
机器人的运动自由度是指各机器人系统运动部件在三维空间就是固定坐标系所具有的独立运动数，对于每一个构件来讲，它有几个运动坐标就说明其有几个自由度。各运动部件和机构自由度的总和就是机器人的自由度数。机器人的手部要像人手一样灵活的完成各种动作是比较困难的，因为人的手是由手指、掌、腕、臂等19个关节组成，共有27个自由度。而生产实践过程中没有必要需要机器人的手有这么多的自由度一般为3-6个（不包括手部）此次设计的焊接机器人为4自由度，四个自由度分别为：腕部的回转；小臂部分的伸缩；大臂部分的回转；大臂部分的伸缩。
按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱座标式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆、
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动的自由度。
工业实践机器人的结构形式主要有直角坐标型结构、圆柱坐标型结构、球坐标型结构、关节型结构四种。各结构形式及都有其相应的特点和优点，分别介绍如下:
(1) 直角坐标机器人结构
直角坐标机器人的空间运动主要是用三个相互垂直的直线运动来实现的，如图2-1(a)所示。由于直线运动是最易于实现全闭环的位置控制的一种运动，因此，直角坐标机器人可以达到非常高的位置精度（微米级）。但是，由于这种直角坐标机器人的运动空间相比于其他机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。所以，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸就可能要比其他几种类型的机器人的结构尺寸大得很多。
直角坐标机器人的工作空间整天上来说是一个空间长方体。直角坐标机器人主要是用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人总共有以下几种结构类型的：悬臂式，龙门式，天车式三种结构错误！未找到引用源。。
(2) 圆柱坐标机器人结构
圆柱坐标机器人系统的空间运动在原理上可以用一个空间的回转运动以及两个直线运动加以实现的，如图2-1（b）。这种机器人结构相对比较简单，精度也不是很高，经常用于搬运作业。其工作空间是一个呈圆柱状的空间。
(3) 球坐标机器人结构
球坐标机器人系统的空间运动可以看为两个空间的回转运动和一个直线运动，参见图2-1（c）。这种机器人相比于其他类型的机器人其比较结构简单、成本较低，但精度不是很高。主要用在搬运作业。工作空间呈一个类球形的空间错误！未找到引用源。。
(4) 关节型机器人结构
关节型机器人系统的空间运动是由三个空间回转运动实现的，参见图2-1（d）。关节型机器人有以下几个优点：动作灵活，结构紧凑，占地面积小。但是相对机器人本体尺寸，、因此其工作空间比较大。这种机器人在工业中应用十分广泛并且在生活中也较为常见，例如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛运用这种类型的机器人。
关节型机器人结构，有两种类型水平关节型和垂直关节型两种。
根据要求及在工业实际生产中的用途，此次设计的焊接机器人采用是第一种机器人即直角坐标型机器人。
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a)直角坐标型 b)圆柱坐标型 c)球坐标型 d)关节型
图2-1 四种机器人坐标形式
2.3 焊接机器人传动方案论证
焊接机器人（直角坐标型）的驱动方式有液压式、气动式和电动机式三种。 (1) 液压驱动:是指动源发动机或者电机驱动液压油泵产生压力油，压力油的压力能再去驱动液压马达，由液压马达产生并且提供机器需要的动力。是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高
(2) 气动驱动常用于开关控制和顺序控制的机器人，相比于液压驱动的机器人 ，气动驱动由于压缩空气动力粘度和动力粘度都相对较小，并且空气的摩擦力较小，因此气动驱动的机器人容易达到高速；因为可利用工厂集中空气体压缩机站的设备提供所需要的气体，大大的减少了动力和驱动设备；而且空气介质不会污染环境，价格相对也较为便宜，并且安全在极端的温度下都可以正常工作，比较适合焊接这种高温作业，空气取之不尽用之不竭，相对于液压驱动气压驱动更为廉价，因而气动驱动元件比液压元件价格低。是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作
(3) 电机驱动可分为交流电动机驱动，交流伺服电动驱动、直流伺服电动机驱动以及步进电动机驱动。随着科学技术的发展，材料性能的提高，电动机也得到很大的提高，各方面的性能也在随之提高并且电动机使用起来更加简单方便，所以就目前来看，机器人驱动已经渐渐变为电动机驱动式所代替。 即有特殊结
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焊接机器人毕业设计说明书
