摘 要

本文通过对机器人的发展历史以及国内外发展概况的介绍提出了研究焊接机器人的目的和意义。对机器人工作范围、速度、角度等一系列参数进行分析。对典型关节以及驱动方式进行研究。确定本文所研究机器人各个模块具体的杆件参数、驱动方式和传动链结构。通过静力学分析，选择合适的电机、轴承、齿轮和回转支承等标准件。通过UG软件对机器人各个模块进行具体的结构设计，并且在UG软件内部进行装配和简单的运动仿真。对于一些杆件、轴、法兰等非标准件，为了清楚表达部件结构，通过CAD软件画出二维结构图并进行尺寸标注。在文中，对于一些关键的零部件我们也进行了刚度以及强度的校核，以确保零件的工作可靠性。

关键词：焊接机器人；结构设计；UG；装配；仿真

Welding robot three-dimensional design and motion simulation

ABSTRACT

This paper describes the development history and development situation at home and abroad robots presented the purpose and significance of the welding robot. Robot working range, speed, angle and a series of parameters analyzed. A typical way for joint research and drive. Confirm that the article robot specific bars of each module parameters, drive and drive chain structures studied. Through static analysis, choose the appropriate motors, bearings, gears and slewing bearings and other standard parts. UG software robot through each module specific structural design, and UG software in-house assembly and simple motion simulation. For some bars, shafts, flanges and other non-standard parts, in order to clearly express parts of the structure, shown by the two-dimensional CAD software structure diagram and dimension. In this paper, some of the key components for us to make the stiffness and strength check, in order to ensure the reliability of parts.

Keywords: welding robots; structural design; UG;Simulation

目录

1前 言 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.1.1课题研究背景 1

1.2焊接机器人发展概况 3

1.2.1机器人发展历史 3

1.2.2国内外发展状况 4

1.3焊接机器人研究目的及意义 7

1.4本文研究内容及特色创新 7

2 焊接机器人构型和传动方案设计 9

2.1机器人肘肩部构型 9

2.1.1工业机器人的关节 9

2.1.2五种坐标形式的机器人 10

2.2机器人手腕结构 12

2.2.1按自由度数目分类 12

2.2.1按驱动方式分类 15

2.3机器人总体构型 15

2.4焊接机器人传动方案设计 17

2.4.1驱动方式选择 17

2.4.2焊接机器人肘肩部传动设计 17

3 焊接机器人本体设计 21

3.1焊接机器人设计要求 21

3.2本体材料选择 22

3.3传动装置各部件选择 22

3.3.1腕关节电机选择 22

3.3.2大臂摆动轴承选择 24

3.3.3底部回转支承选择 25

3.3.4底部肩关节小齿轮选择 27

3.4机器人各模块的具体结构设计 30

3.4.1底座模块 30

3.4.2肩关节模块 30

3.4.3大臂模块 31

3.4.4肘关节模块 32

3.4.5小臂模块 32

3.4.6腕关节模块 35

4 焊接机器人装配及运动仿真 37

4.1焊接机器人装配 37

4.2焊接机器人运动仿真 40

结 论 42

致 谢 43

参考文献 44

1前 言

1.1课题研究背景及意义

1.1.1课题研究背景

机器人技术是机电一体化技术最高的研究成果，这项技术涉及机械、电子、计算机以及控制和人工智能等多门学科，是当今科学技术发展最活跃的领域之一。机器人的研究、生产和操作水平，代表着一个公司甚至国家的经济和科技水平。目前，许多国际上的大公司都在争相研制各种先进的机器人，以展示他们的科技实力。

如今，机器人已经走入寻常百姓家。然而，当工业机器人在20世纪60年代第一次出现的时候，当时人们感到非常的新奇，都觉得这是一种很独特的设备。现在人们已经接受了这种机术，并且把他和计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统结合在一起，这也成为现代制造业自动化最新的发展趋势。这些技术正在引领工业自动化走向一个新的领域。工业机器人是光、机、电一体化产品的典型，人们通常把他们理解为在工厂中代替工人来完成零件的加工、搬运、装配等步骤的机器人。目前工业机器人还没有统一的定义，国际标准化组织给工业机器人的定义是：“一种具有自动控制操作和移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机”^[1]。我国国家标准把工业机器人定义为：“一种机械装置通常可编程能在自动控制下执行操作任务或移动任务”^[2]。

历史上第一台工业机器人于1962年出生于美国，第一台用于焊接的机器人于1965年投入使用。经过50多年的发展，工业机器人已经应用到了越来越多的领域。在传统制造领域，工业机器人经过出现、发展和成熟的阶段后，已成为必不可少的重要装备。当今世界大约有一百万的工业机器人都活跃在不同的工作场所。在非传统制造领域，上至太空的空间站建造、月球登录，下至日常的医疗手术、深海科学考察，机器人的使用几乎已经深入到社会经济发展的每个领域，我们的生活也因着机器人的参与变得更加丰富多彩。如图1.1-1.6展示了工业机器人在几个方面的典型应用。