直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).doc

摘要焊接在當(dāng)代制造業(yè)中有著舉足輕重的地位，與傳統(tǒng)手工焊接相比，焊接機(jī)器人有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，而且，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接自動(dòng)化越來(lái)越成為焊接的發(fā)展趨勢(shì)。本文從直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)角度出發(fā)，主要致力于解決直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體主要參數(shù)尺寸的確定以及各大部分的連接設(shè)計(jì)等問(wèn)題，確定了符合設(shè)計(jì)題目的直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、總體參數(shù)、及各部分的連接尺寸，為各部件的型號(hào)選擇和尺寸確定作依據(jù)。關(guān)鍵字：焊接機(jī)械手、直角坐標(biāo)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、連接設(shè)計(jì)目錄第1章 綜述.11.1 焊接機(jī)器人概述.11.2 焊接機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程.21.3 國(guó)內(nèi)外焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀.31.4 國(guó)內(nèi)外焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì).3第2章 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).52.1總體技術(shù)要求.52.2 直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人介紹.52.3 常見(jiàn)的幾種直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案.62.4焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案的確定.8第3章 總體布置設(shè)計(jì).113.1總體布置的要求.113.2總體主要參數(shù)的確定.11第4章 各部分間的聯(lián)接設(shè)計(jì).194.1底座與地面的聯(lián)接設(shè)計(jì).194.2底座與大臂的聯(lián)接設(shè)計(jì).204.3大臂與小臂的聯(lián)接設(shè)計(jì).22第5章 設(shè)計(jì)小結(jié).24參考文獻(xiàn).25第1章 綜述1.1 焊接機(jī)器人概述 在現(xiàn)代制造業(yè)中，焊接作為“工業(yè)裁縫”毋庸置疑是最重要的工藝技術(shù)之一。它應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，觸及機(jī)械制造、核工業(yè)、航空航天、能源交通、石油化工以及建筑和電子等各個(gè)方面。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，焊接已經(jīng)從簡(jiǎn)單的構(gòu)件連接方法和毛坯制造手段發(fā)展成為制造行業(yè)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝和生產(chǎn)尺寸精確的制成品的生產(chǎn)手段。我們?cè)?jīng)傳統(tǒng)的手工焊接已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代那些高技術(shù)含量產(chǎn)品制造的質(zhì)量和數(shù)量要求。因此，如何在保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性的同時(shí)提高生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件，這個(gè)問(wèn)題成為了現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，為焊接過(guò)程自動(dòng)化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)，并已經(jīng)滲透到焊接各個(gè)領(lǐng)域中。 焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開(kāi)拓了一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式。剛性自動(dòng)化設(shè)備通常都是專(zhuān)用的，只適用于中、大批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，因而在中、小批量產(chǎn)品自動(dòng)化焊接生產(chǎn)中，手工焊仍然是主要的焊接方式，而焊接機(jī)器人的誕生使得小批量產(chǎn)品自動(dòng)化焊接生產(chǎn)成為可能。機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，完成一項(xiàng)焊接任務(wù)只需要人給它做一次示教，隨后它就可以精確地再現(xiàn)示教的每一步操作。如果機(jī)器人去做另一項(xiàng)工作，無(wú)須改變?nèi)魏斡布灰獙?duì)它再做一次示教就可以了。因此，在一條由焊接機(jī)器人組成的生產(chǎn)線上，可同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)若干種不同的焊接。焊接機(jī)器人與傳統(tǒng)手工焊接比較，主要優(yōu)點(diǎn)如下表5：表1.1焊接機(jī)器人與傳統(tǒng)手工焊接對(duì)比表 特點(diǎn) 焊接類(lèi)型焊接機(jī)器人傳統(tǒng)手工焊(1).具有穩(wěn)定焊接質(zhì)量，保證焊縫的均勻性(2).提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，一天可24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)(3).改善工人勞動(dòng)條件，可在有害環(huán)境下工作(4).降低對(duì)工人操作技術(shù)的要求(5).縮短產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資(6).可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化(7).能在空間站建設(shè)、核能設(shè)備維修、深水焊接等極限條件下完成人工難以進(jìn)行的焊接作業(yè)(8).為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)1.2焊接機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程 按照機(jī)器人技術(shù)發(fā)展水平，焊接機(jī)器人可以分為三代，如下表5：表1.2焊接機(jī)器人的發(fā)展焊接機(jī)器人時(shí)代工作方式特點(diǎn)第一代基于示教再現(xiàn) 這類(lèi)機(jī)器人能夠按照人類(lèi)預(yù)先示教的軌跡、行為、順序和速度重復(fù)作業(yè)。示教可以由操作員“手把手”地進(jìn)行，比如，操作人員抓住機(jī)器人上的噴槍?zhuān)貒娖崧肪€示范一遍，機(jī)器人記住了這一連串運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)，自動(dòng)重復(fù)這些運(yùn)動(dòng)，從而完成給定位置的噴漆工作。這種方式即是所謂的“直接示教”。但是，比較普遍的方式是通過(guò)控制面板示教。操作人員利用控制面板上的開(kāi)關(guān)或鍵盤(pán)來(lái)控制機(jī)器人一步一步地運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人自動(dòng)記錄下每一步，然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的機(jī)器人大多屬于第一代。第二代具有環(huán)境感知裝置，能在一定程度上適應(yīng)環(huán)境的變化 第二代機(jī)器人采用了焊縫跟蹤技術(shù)，通過(guò)傳感器感知焊縫的位置，再通過(guò)反饋控制，機(jī)器人就能夠自動(dòng)跟蹤焊縫，從而對(duì)示教的位置進(jìn)行修正，即使實(shí)際焊縫相對(duì)于原始設(shè)定的位置有變化，機(jī)器人仍然可以很好地完成焊接工作。類(lèi)似的技術(shù)正越來(lái)越多地應(yīng)用在機(jī)器人上。第三代具有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且能自主地解決問(wèn)題的能力 作為發(fā)展目標(biāo)，這類(lèi)機(jī)器人具有多種傳感器，不僅可以感知自身的狀態(tài)，比如所處的位置、自身的故障情況等等；而且能夠感知外部環(huán)境的狀態(tài)，比如自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路況、測(cè)出協(xié)作機(jī)器的相對(duì)位置、相互作用的力等等。更為重要的是，能夠根據(jù)獲得的信息，進(jìn)行邏輯推理、判斷決策，在變化的內(nèi)部狀態(tài)與變化的外部環(huán)境中，自主決定自身的行為。這類(lèi)機(jī)器人具有高度的適應(yīng)性和自治能力。盡管經(jīng)過(guò)多年來(lái)的不懈研究，人們研制了很多各具特點(diǎn)的試驗(yàn)裝置，提出大量新思想、新方法，但現(xiàn)有機(jī)器人的自適應(yīng)技術(shù)還是十分有限的。1.3國(guó)內(nèi)外焊接機(jī)器人的現(xiàn)狀 目前，比較著名的焊接機(jī)器人公司有日本的Motoman、FANUC、Yaskwa，德國(guó)的KUKA，瑞典的ABB，美國(guó)的Adept Technology，意大利的COMAU，這些公司已成為其所在地區(qū)的支柱性企業(yè)。截止2005年全世界在役工業(yè)機(jī)器人約為91.4萬(wàn)套，其中日本裝備的工業(yè)機(jī)器人總量達(dá)到50萬(wàn)臺(tái)以上，成為“機(jī)器人王國(guó)”，其次是美國(guó)和德國(guó)；在亞洲，日本、韓國(guó)和新加坡的制造業(yè)中每萬(wàn)名雇員占有工業(yè)機(jī)器人數(shù)量居世界前三位。 而我國(guó)也已有大量的焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用于各類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線上，截止到20世紀(jì)末，我國(guó)實(shí)際擁有工業(yè)機(jī)器人約3500臺(tái)，分布全國(guó)700多家企業(yè)，其中應(yīng)用于焊接機(jī)械手總量在1400多臺(tái)。和世界其他國(guó)家一樣，汽車(chē)、摩托車(chē)、工程機(jī)械制造業(yè)是焊接機(jī)器人的最大用戶(hù)群，電子行業(yè)有少量應(yīng)用，其他行業(yè)目前應(yīng)用數(shù)量更少。在焊接機(jī)器人中，弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人的應(yīng)用范圍最廣、使用數(shù)量也最多，弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人相比較，弧焊機(jī)器人的使用數(shù)量略多于點(diǎn)焊機(jī)器人的裝備數(shù)量。近年來(lái)，機(jī)器人激光焊接、機(jī)器人釬焊等其他機(jī)器人焊接也得到應(yīng)用6。 我國(guó)的機(jī)器人事業(yè)起步較晚，工業(yè)機(jī)器人歷經(jīng)“七五”攻關(guān)和“八五”、“九五”、在國(guó)家863計(jì)劃智能機(jī)器人主題支持下，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。近兩年，每年應(yīng)用在我國(guó)的焊接機(jī)器人數(shù)量在150臺(tái)左右。總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司經(jīng)過(guò)多年的積累和自我發(fā)展，在焊接機(jī)器人應(yīng)用工程領(lǐng)域，已經(jīng)具備了國(guó)際著名機(jī)器人公司平等競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，并且在價(jià)格和技術(shù)服務(wù)方面具有一定優(yōu)勢(shì)。1.4 國(guó)內(nèi)外焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)： (1)工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降。 (2)機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。 (3)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 (4)機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 (5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。 (6)當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。 (7)機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起5。而對(duì)于國(guó)內(nèi)： 今后幾年中國(guó)的焊接機(jī)器人市場(chǎng)將是技術(shù)不斷提高，市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，應(yīng)用工程項(xiàng)目市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的局面。預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)點(diǎn)焊，弧焊機(jī)器人的需求量將以30%以上的速度增長(zhǎng)。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，焊接機(jī)器人不斷向智能化方向發(fā)展，機(jī)器人的感覺(jué)功能將實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的融合，控制系統(tǒng)從示教、離線編程相模糊控制發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人的群體協(xié)調(diào)和集成控制，從而達(dá)到更高的可靠性和安全性。從應(yīng)用技術(shù)市場(chǎng)角度分析，性能和價(jià)格以及技術(shù)服務(wù)的質(zhì)量將仍然是決定用戶(hù)做出正確選擇的主要因素。隨著國(guó)內(nèi)機(jī)器人公司自主品牌的性?xún)r(jià)比進(jìn)一步提高，短期內(nèi)將可以達(dá)到與國(guó)外產(chǎn)品抗衡的能力。從機(jī)器人應(yīng)用范圍來(lái)看，焊接機(jī)器人的應(yīng)用在傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域的需求持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)不斷向其他行業(yè)擴(kuò)展5。 焊接作為機(jī)械制造業(yè)中僅次于裝備加工和切削加工的第三大加工作業(yè)，對(duì)其進(jìn)行機(jī)器人柔性加工技術(shù)，及其相關(guān)控制器PC化，網(wǎng)絡(luò)化和智能化的應(yīng)用研究已經(jīng)成為焊接自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。第2章 運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1總體技術(shù)要求工作范圍：長(zhǎng)1.5m，寬1m，高0.8m適用規(guī)格：焊條d2.5，d3.5，d4.0，d5.0，d6.0 mm體積：不大于3m2m2m （長(zhǎng)寬高）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低2.2直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人介紹 直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人，首先，它是直角坐標(biāo)機(jī)器人的一種。直角坐標(biāo)機(jī)器人，顧名思義，是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動(dòng)自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)，屬機(jī)器人中的一種6。 而直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人則是專(zhuān)門(mén)用來(lái)焊接的直角坐標(biāo)機(jī)器人。這類(lèi)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和控制方案與機(jī)床比較類(lèi)似，其到達(dá)空間的三個(gè)運(yùn)動(dòng)（x、y、z）是由直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)成，運(yùn)動(dòng)方向相互垂直，這種形式的機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)單，各軸線位移分辨率在操作容積內(nèi)任一點(diǎn)上均為恒定，控制精度容易提高；缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)較龐大，工作空間小，操作靈活性較差。簡(jiǎn)易和專(zhuān)用焊接機(jī)器人常采用這種形式5。根據(jù)焊接種類(lèi)的不同，焊接機(jī)器人可以分為適用于弧焊的焊接機(jī)器人和適用于點(diǎn)焊的焊接機(jī)器人，下表5是它們的比較。表2.1不同焊接種類(lèi)的焊接機(jī)器人特點(diǎn)焊接種類(lèi)特點(diǎn)弧焊由于弧焊工藝早已在諸多行業(yè)得到普及，弧焊機(jī)器人在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等許多行業(yè)中得到廣泛運(yùn)用?；『笝C(jī)器人是包括各種電弧焊附屬裝置在內(nèi)的柔性焊接系統(tǒng)，而不只是一臺(tái)以規(guī)劃的速度和姿態(tài)攜帶焊槍移動(dòng)的單機(jī)，因而對(duì)其性能有著特殊的要求，在弧焊作業(yè)中，焊槍?xiě)?yīng)跟蹤工件的焊道運(yùn)動(dòng)，并不斷填充金屬形成焊縫。因此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度的穩(wěn)定性和軌道精度是兩項(xiàng)重要指標(biāo)。一般情況下，焊接速度約取550mm/s，軌跡精度約為(0.20.5)mm。由于焊槍的姿態(tài)對(duì)焊縫的質(zhì)量也有一定影響，因此希望在跟蹤焊道的同時(shí)，焊槍姿態(tài)的可調(diào)范圍盡量大。點(diǎn)焊汽車(chē)工業(yè)是點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)一個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域，在裝配每臺(tái)汽車(chē)車(chē)體時(shí)，大約60%的焊點(diǎn)是由機(jī)器人完成。最初，點(diǎn)焊機(jī)器人只用于增強(qiáng)焊作業(yè)（往已拼接好的工件上增加焊點(diǎn)），后來(lái)為了保證拼接精度，又讓機(jī)器人完成定位焊作業(yè)。這樣，電焊機(jī)器人逐漸被要求有更全的作業(yè)性能，具體來(lái)說(shuō)有：1.安裝面積小，工作空間大；2.快速完成小節(jié)距的多點(diǎn)定位；3.定位精度高（0.25mm），以便確保焊接質(zhì)量；4.持重大（50100Kg），以便攜帶內(nèi)裝變壓器的焊鉗；5.內(nèi)存容量大，示教簡(jiǎn)單，節(jié)省工時(shí)；6.點(diǎn)焊速度與生產(chǎn)線速度相匹配同時(shí)安全可靠性好。 一般，一個(gè)直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人由水平軸X軸、Y軸、豎直軸Z軸、三軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，手抓和控制系統(tǒng)組成，下面一一介紹。 直線運(yùn)動(dòng)軸，也叫直線運(yùn)動(dòng)單元，它就是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)軸，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)：主要選用伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速低于600r/min時(shí)通常選用步進(jìn)電機(jī)，否則選用交流伺服電機(jī)。 手爪：它是直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的末端操作器，對(duì)于焊接機(jī)器人來(lái)說(shuō)，手抓就是一把焊槍。 控制系統(tǒng)：機(jī)器人要在一定時(shí)間內(nèi)完成特定的任務(wù)，比如每10S內(nèi)完成50mm長(zhǎng)度的焊接任務(wù)。在完成焊槍噴射，工進(jìn)，焊槍停止的同時(shí)，還要與相關(guān)的設(shè)備通過(guò)通訊或I/O口實(shí)現(xiàn)一些時(shí)序上的協(xié)調(diào)同步。其數(shù)控系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來(lái)選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量和軟件功能。通常選用數(shù)控系統(tǒng)，PLC，工控機(jī)加運(yùn)動(dòng)控制卡和帶軸卡功能及I/O口的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)做控制系統(tǒng)。2.3 常見(jiàn)的幾種直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案 通常，直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式可以分為：1) 龍門(mén)式結(jié)構(gòu)、2) 懸臂式結(jié)構(gòu)、3) 垂掛式結(jié)構(gòu)6，其各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)總結(jié)如下表： 表2.2直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人三種結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖組成特點(diǎn)適用場(chǎng)合龍門(mén)式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由X方向的平行導(dǎo)軌支架、Y方向的橫梁、Z方向的之間運(yùn)動(dòng)軸以及三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是每根運(yùn)動(dòng)軸跨度大，行程長(zhǎng)，同時(shí)，它帶載能力也很好，其次，它的動(dòng)態(tài)特性好，輕載時(shí)運(yùn)行速度大；精度也不低，可以達(dá)到0.05到0.01mm；它壽命長(zhǎng)，簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)適用于超大型、大型零部件的焊接懸臂式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由X、Y、Z三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)軸和三個(gè)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是占用空間小，但是運(yùn)動(dòng)軸的跨度和帶載能力明顯沒(méi)有龍門(mén)式結(jié)構(gòu)大，因?yàn)閅軸的伸出勢(shì)必對(duì)X軸與Y軸連接處造成一定的彎矩，Y軸伸出的長(zhǎng)度受限于連接處所能承受的最大許用彎矩適用于中小型零部件的焊接垂掛式結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)與之前結(jié)構(gòu)略有不同，在Z軸和X軸上，運(yùn)動(dòng)軸滑塊是固定件，而導(dǎo)軌是運(yùn)動(dòng)件，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌動(dòng)而滑塊不動(dòng)，它僅僅能完成兩個(gè)方向的直線運(yùn)動(dòng)該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是占用空間小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，但是僅僅能夠滿(mǎn)足X軸和Z軸的運(yùn)動(dòng)，它X軸的運(yùn)動(dòng)范圍同樣是受限的，根據(jù)Z軸和X軸連接處所能承受的最大許用彎矩，我們便可以知道X軸方向的的最大行程適用于中小型零部件的焊接2.4焊接機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案的確定 根據(jù)總體技術(shù)要求，我們可以確定我們焊接機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案，如下圖所示：1321. 底座 2.小臂3.大臂圖2-1焊接機(jī)械手及結(jié)構(gòu)方案根據(jù)總體的工作范圍，長(zhǎng)1.5m，寬1m，高0.8m的要求，首先，工作范圍屬于中等大小范圍，那選擇適合中等大小范圍的懸臂式結(jié)構(gòu)和垂掛式結(jié)構(gòu)，但是，垂掛式結(jié)構(gòu)只能滿(mǎn)足兩軸的運(yùn)動(dòng)，不能滿(mǎn)足總體的工作范圍，故采用懸臂式結(jié)構(gòu)；但是，懸臂式結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，它的軸向跨度和帶載能力有所不足，故為了增大它的帶載能力，把懸臂式結(jié)構(gòu)X軸方向的直線運(yùn)動(dòng)軸導(dǎo)軌改成龍門(mén)式結(jié)構(gòu)的兩根平行導(dǎo)軌，同時(shí)，為了把整體的重心移到整機(jī)的中垂面中，把沿Z軸移動(dòng)的那根運(yùn)動(dòng)軸如上圖中大臂布置，它通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)一根絲桿（圖中未示出）運(yùn)動(dòng)，絲桿螺母在絲桿的帶動(dòng)下化絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為絲桿螺母的上下運(yùn)動(dòng)；最后，為了滿(mǎn)足Y軸方向的1m的行程的同時(shí)又讓整體的中心移出中垂面太多，把Y軸方向的運(yùn)動(dòng)軸如上圖小臂布置，它的外殼與大臂的絲杠螺母聯(lián)接在一起，外殼內(nèi)通過(guò)滾珠絲杠副使聯(lián)接焊槍的桿伸出來(lái)完成Y軸方向1m的行程。3 整個(gè)直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人由三部分組成：底座、大臂和小臂。下面一一來(lái)介紹。42151.X軸步進(jìn)電機(jī) 2.兩根平行導(dǎo)軌3.絲杠螺母4.工作臺(tái)5.X軸滾珠絲杠圖2-2直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手底座結(jié)構(gòu) 底座：底座如上圖所示。主要由X軸步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)軌、X軸滾珠絲杠、絲杠螺母、工作臺(tái)等幾大部分組成。它通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)，化電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)為與滾珠絲杠螺母聯(lián)接著的工作臺(tái)沿著導(dǎo)軌和滾珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)而達(dá)到完成X軸方向行程的目的。兩根平行的的導(dǎo)軌能讓工作臺(tái)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，而滾珠絲杠副則能保證達(dá)到所要求的定位精度。341251.大臂外殼2.光桿（兩根）3.支架板4.Z軸步進(jìn)電機(jī)5.Z軸滾珠絲杠圖2-3直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手大臂結(jié)構(gòu)大臂：大臂如上圖所示。主要由大臂外殼、兩根光桿、支架板、Z軸步進(jìn)電機(jī)和Z軸滾至絲杠組成。它通過(guò)步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)滾珠絲杠副的運(yùn)動(dòng)使得支架板能夠沿著滾珠絲杠和光桿（兩根）上下移動(dòng)。之所以安裝兩根光桿，是因?yàn)樗鼙ＷC支架板穩(wěn)定得沿著絲杠上下移動(dòng)而不會(huì)造成卡死現(xiàn)象。當(dāng)小臂（圖中未示出）伸出時(shí)，由于小臂重心的改變，勢(shì)必會(huì)給支架板造成一定的彎矩，倘若只用一根光桿，則會(huì)讓絲杠螺母的中心軸線與滾珠絲杠的中心軸線不重合，它們會(huì)產(chǎn)生一定的夾角，造成滾珠絲杠的定位精度下降，運(yùn)動(dòng)困難甚至卡死，加重磨損，減短滾珠絲杠的使用壽命；而用兩根光桿則在滾珠絲杠和光桿間形成了一個(gè)穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，很好得解決了這個(gè)問(wèn)題。123451.連接焊槍的桿2.小臂外殼3.Y軸滾珠絲杠4.絲杠螺母5.Y軸步進(jìn)電機(jī)圖2-4直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手小臂結(jié)構(gòu) 小臂：小臂如上圖所示。主要由連接桿、小臂外殼、Y軸滾珠絲杠、絲杠螺母、Y軸步進(jìn)電機(jī)等組成。它通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠副讓連接桿沿著滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)，使焊槍沿著Y軸伸出、縮進(jìn)。第3章 總體布置設(shè)計(jì)3.1總體布置的要求 總體布置是結(jié)構(gòu)布局的細(xì)化需要具體確定零件之間的相對(duì)位置及聯(lián)系尺寸、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞方式及其主要技術(shù)參數(shù)，并繪制總體布置圖。 總體布置的基本要求如下：1.保證工藝過(guò)程的連續(xù)和流暢 通常機(jī)械系統(tǒng)工作的工藝過(guò)程包含多項(xiàng)作業(yè)工序，從而，保證工藝過(guò)程的連續(xù)和流暢是總體布置的最基本要求。2.降低質(zhì)心高度、減小偏置 任何機(jī)械都應(yīng)能平衡、穩(wěn)定地工作，如果機(jī)械的質(zhì)心過(guò)高或者偏置過(guò)大，則可能因擾力矩增大而造成傾倒或加劇振動(dòng)。3. 保證精度、剛度，提高抗振性及熱穩(wěn)定性 對(duì)于加工設(shè)備來(lái)說(shuō)，為了保證被加工工件的精度及所需的性能指標(biāo)，總體布置時(shí)必須充分考慮精度、剛度、抗振性及熱穩(wěn)定性。4.充分考慮產(chǎn)品系列化和發(fā)展 設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)不僅要注意解決當(dāng)前存在的問(wèn)題，還應(yīng)考慮今后進(jìn)行產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)的可能性及產(chǎn)品更新?lián)Q代的適應(yīng)性。5.結(jié)構(gòu)緊湊，層次分明 緊湊的結(jié)構(gòu)不僅可以節(jié)省空間，減少零部件，便于安裝調(diào)試，往往還會(huì)帶來(lái)良好的造型條件。6.操作、維修、調(diào)整方便 為改善操作者的勞動(dòng)條件，減少操作失誤，應(yīng)力求操作方便舒適。7.外形美觀 機(jī)械產(chǎn)品投入市場(chǎng)后給人們的第一直覺(jué)印象式外觀造型和色彩，它是機(jī)械功能、結(jié)構(gòu)、工藝、材料和外觀形象的綜合表現(xiàn)，是科學(xué)性，藝術(shù)性與實(shí)用性的結(jié)合1。3.2總體主要參數(shù)的確定3.2.1尺寸參數(shù)的確定總體設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)主要是指影響機(jī)械性能的一些重要尺寸，如總輪廓尺寸（總長(zhǎng)、總寬、總高）、特性尺寸（加工范圍、中心高度）、主要運(yùn)動(dòng)零部件的工作行程，以及表示主要零部件之間位置關(guān)系的安裝連接尺寸等。尺寸參數(shù)常用聯(lián)系尺寸圖示出1。 直角坐標(biāo)機(jī)械手的總裝圖如下：3211.底座2.大臂3.小臂圖3-1直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手主視圖2311.底座2.大臂3.小臂圖3-2直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手俯視圖3211.底座2.大臂3.小臂圖3-3直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人左視圖確定的尺寸參數(shù)應(yīng)符合優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系GB321-80的規(guī)定，對(duì)有互換性和系列化要求的主要尺寸（如安裝、連接尺寸、配合尺寸，決定產(chǎn)品系列的公稱(chēng)尺寸等）及其他結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸GB2822-81的規(guī)定，優(yōu)先按R10、R20、R40的順序選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，如需將值圓整，應(yīng)按Ra5、Ra10、Ra20、Ra40的順序選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸1。總體輪廓尺寸的確定：總體輪廓尺寸如上直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的總裝圖所示（即圖中的總長(zhǎng)、總高和總寬），是根據(jù)總體技術(shù)要求的工作范圍，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的加工范圍為長(zhǎng)1.5m，寬1m，高0.8m，同時(shí)它的最大體積有個(gè)要求：長(zhǎng)寬高小于等于2m2m3m，根據(jù)以上要求，在滿(mǎn)足這臺(tái)直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的工作范圍的同時(shí)能滿(mǎn)足它最大體積的要求以及國(guó)標(biāo)中對(duì)于尺寸參數(shù)的規(guī)定的要求下，這臺(tái)直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的尺寸參數(shù)定為：總長(zhǎng)定為1900mm 總寬定為1200mm總高定為1700mm特性尺寸的確定：根據(jù)總體技術(shù)要求的工作范圍，其加工范圍就是即是此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的特性尺寸：X軸方向工作行程：1500mmY軸方向工作行程：1000mmZ軸方向工作行程：800mm因?yàn)檫@個(gè)直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)都是靠電機(jī)帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)的，故為了滿(mǎn)足總體技術(shù)要求中的工作范圍，每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的絲杠兩端都留有20到40的余量。此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的小臂在生出與收縮的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定地偏心距，為了使其在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中能夠平穩(wěn)，故其小臂與大臂在小臂的正中間固定，這種固定方式還能有效得減小小臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的偏心距。為了使機(jī)械能夠平穩(wěn)、可靠的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)機(jī)構(gòu)的質(zhì)心不能過(guò)高，但是此機(jī)構(gòu)的質(zhì)心會(huì)隨著大臂帶動(dòng)小臂的上升和下降而又一定的改變，平均來(lái)說(shuō)，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人在一般狀態(tài)下的中心高度為700mm，處于整機(jī)高度的一半位置一下，能保證機(jī)械的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和可靠。安裝連接尺寸的確定:為了使此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人能夠穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，其各部分的安裝連接是相當(dāng)重要的，其安裝連接尺寸可以分為以下三部分：底座和地面的連接、底座和大臂的連接、大臂與小臂的連接。首先，是底座與地面的連接部分，從上面直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的俯視圖可以很清晰地看見(jiàn)，在底座上，底座和地面的連接是通過(guò)底座上面四個(gè)角的4個(gè)的地腳螺栓與地面連接的，它確保了此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人能夠牢固地連接在地面上。其次，是底座和大臂的連接部分，從上面直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的俯視圖可以很清晰地看見(jiàn)，在底座的工作臺(tái)上，底座和大臂外殼的連接是通過(guò)大臂外殼左右兩邊各3個(gè)的螺釘連接的，它確保了此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的大臂能夠牢固地與底座的工作臺(tái)相連接，當(dāng)?shù)鬃ぷ髋_(tái)移動(dòng)時(shí)，大臂能夠可靠的跟著移動(dòng)。最后，是大臂與小臂的鏈接部分，從上面直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的左視圖可以很清晰地看見(jiàn)，左視圖中局部剖視的部分表示了大臂與小臂的連接，從圖上可以看出大臂與小臂是通過(guò)8個(gè)（正、反面）的螺栓連接的，而且是在小臂的正中間位置，保證了小臂可以穩(wěn)定地進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)。各大部分的零部件的連接安裝尺寸如上所述，各部分都可靠得進(jìn)行了連接，確保此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人能正常工作，另外，各部分相互之間的連接安裝的校核在第4章會(huì)做一個(gè)詳盡的說(shuō)明，此處不再贅述。3.2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定機(jī)械的運(yùn)動(dòng)參數(shù)一般是指機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)速（或者移動(dòng)速度）及調(diào)速范圍等，比如機(jī)床等加工機(jī)械主軸、工作臺(tái)、刀架的運(yùn)動(dòng)速度，移動(dòng)機(jī)械的行駛速度，連續(xù)作業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作速度一般應(yīng)該根據(jù)作業(yè)對(duì)象的工藝過(guò)程要求、工作條件及生產(chǎn)率等因素確定。一般而言，執(zhí)行構(gòu)件的工作速度越高，則生產(chǎn)率越高，經(jīng)濟(jì)效益越好，但同時(shí)也會(huì)使工作機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)的振動(dòng)、噪聲、溫度、能耗等指標(biāo)上升，零部件的制造安裝精度及潤(rùn)滑、密封等要求亦隨之提高。適宜的工作速度應(yīng)在綜合考慮上述影響因素后由分析計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)確定，必要時(shí)由實(shí)驗(yàn)確定1。對(duì)于直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手而言，工作臺(tái)（X軸）、大臂（Z軸）、小臂（Y軸）的移動(dòng)速度就是焊槍的焊接速度，也就是直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。下表是一般性用于弧焊的焊接機(jī)器人和用于點(diǎn)焊的焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)5。表3.1弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)焊接種類(lèi)焊接速度軌跡定位精度弧焊550mm/s+(0.20.5)mm點(diǎn)焊0.30.4s移動(dòng)3050mm+0.25mm 根據(jù)上表所示的不同焊接種類(lèi)的一般焊機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的底座、大臂和小臂的工作時(shí)移動(dòng)速度選定在120mm/min，也就是20mm/s，是一般弧焊機(jī)器人焊接時(shí)速度的中等水平，適合一般弧焊，而快進(jìn)時(shí)的移動(dòng)速度0.3m/s，減少總體的輔助時(shí)間，由于此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人主要用于弧焊，因此，它的軌跡定位精度我們?nèi)×?.5mm，符合規(guī)定。3.2.3動(dòng)力參數(shù)的確定 動(dòng)力參數(shù)一般是指機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力源參數(shù)，如電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、內(nèi)燃機(jī)的功率以及其機(jī)械的特性。動(dòng)力參數(shù)是機(jī)械中各零部件進(jìn)行承載能力計(jì)算以確定其尺寸參數(shù)的依據(jù)。動(dòng)力參數(shù)確定恰當(dāng)與否，既影響機(jī)械系統(tǒng)工作性能，也影響其經(jīng)濟(jì)型1。 此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人X、Y、Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)軸全是靠步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的，故確定動(dòng)力源參數(shù)就是確定選擇步進(jìn)電機(jī)所需要的一些參數(shù)指標(biāo)，在確定和選擇系統(tǒng)的動(dòng)力源時(shí)，了解系統(tǒng)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是很有意義的，下面就系統(tǒng)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行計(jì)算。X軸方向的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:1. 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： 由于焊接時(shí)，被焊接的工件不是直接工裝在此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器上的，所以這里計(jì)算的底座的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩是大臂與小臂的所引起的正壓力在滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)時(shí)候的摩擦轉(zhuǎn)矩，根據(jù)文獻(xiàn)3中等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式： (3-1) 為絲杠與絲杠螺母之間的摩擦系數(shù)為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人大臂與小臂質(zhì)量和，此處為重力加速度為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取為滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率，取為傳動(dòng)比，此處是由于滾珠絲杠是直接由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的，故取。2.根據(jù)文獻(xiàn)1中的計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式組,計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:(1) 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-2) 是滾珠絲杠的直徑 是絲杠的長(zhǎng)度 是材料的密度(2) 工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-3) 為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人大臂與小臂質(zhì)量和，此處 為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取(3) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-4)Z軸方向的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算,根據(jù)文獻(xiàn)3中等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式： (3-5)為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人小臂所受的重力（由于大臂是在Z軸方向提升和下降小臂的，故大臂的滾珠絲杠受的軸向力小臂的重力），小臂的重力為。為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取為滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率，取為傳動(dòng)比，此處是由于滾珠絲杠是直接由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的，故取。2.根據(jù)文獻(xiàn)1中的計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式組,計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:(1) 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-6) 是滾珠絲杠的直徑 是絲杠的長(zhǎng)度 是材料的密度(2) 小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-7) 為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人小臂質(zhì)量，此處 為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取(3) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-8)Y軸方向的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算,根據(jù)文獻(xiàn)3中等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式： (3-9)為絲杠與絲杠螺母之間的摩擦系數(shù)為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人小臂伸出桿的質(zhì)量，此處為重力加速度為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取為滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率，取為傳動(dòng)比，此處是由于滾珠絲杠是直接由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的，故取。2. 根據(jù)文獻(xiàn)1中的計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式組,計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:(1) 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-10) 是滾珠絲杠的直徑 是絲杠的長(zhǎng)度 是材料的密度(2) 小臂伸出桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-11) 為此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人小臂伸出桿的質(zhì)量，此處 為滾珠絲杠的導(dǎo)程，取(3) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (3-12)從計(jì)算結(jié)果可以看出，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)械手各軸的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)底座偏中等、大臂最大、小臂最小，這是由于大臂是豎直的，小臂的重力全由絲杠承受而導(dǎo)致的，不過(guò)，上述計(jì)算出的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值均適合現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，不會(huì)造成步進(jìn)電機(jī)選擇上的困難。此外，系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，減少動(dòng)力消耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。第4章 各部分間的聯(lián)接設(shè)計(jì)4.1底座與地面的聯(lián)接設(shè)計(jì)圖4-1底座與地面的連接 如上圖所示，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人是通過(guò)底座上4個(gè)的地腳螺栓與地面牢固、可靠地連接的，安裝尺寸如上圖所示。4.1.1底座與地面連接的地腳螺栓受力分析：圖4-2底座地腳螺栓受力圖4.1.2地腳螺栓強(qiáng)度校核： 根據(jù)文獻(xiàn)2中受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組校核的公式： (4-1) 是底板所受的外力力矩和，如上所示，在此時(shí)這種情況整體的偏心最嚴(yán)重，故所受的偏心矩最大，螺栓的受力也在此時(shí)達(dá)到最大。在沿絲杠軸線的平面內(nèi)：其中加速度 (4-2)在垂直絲桿軸線的平面內(nèi)： (4-3)根據(jù)受力圖能清晰得看出在4個(gè)地腳螺栓中，受力最大的是受力作用的螺栓， (4-4)此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人采用的是的地腳螺栓，地腳螺栓的材料是Q235，抗拉強(qiáng)度為235，取安全系數(shù)為5，則根據(jù)文獻(xiàn)4中許用抗拉強(qiáng)度極限公式得螺栓的許用抗拉強(qiáng)度極限為: (4-5)又根據(jù)文獻(xiàn)4中應(yīng)力公式，則的地腳螺栓能承受的最大的力為 (4-6)從計(jì)算結(jié)果能夠看出，地腳螺栓所能承受的最大的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人的地腳螺栓所需要的最大的力，故此地腳螺栓能牢固、可靠得連接底座和地面。4.2底座與大臂的聯(lián)接設(shè)計(jì)圖4-3底座和大臂的連接如上圖所示，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器手的底座是通過(guò)工作臺(tái)上6個(gè)的螺釘與大臂外殼連接的，安裝尺寸如上圖所示。4.2.1底座與大臂聯(lián)接螺栓的受力分析：圖4-4大臂連接螺栓受力圖4.2.2底座與大臂聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度校核： 根據(jù)文獻(xiàn)2中受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組校核的公式： (4-7) 是大臂所受的外力力矩和，如上所示，在此時(shí)這種情況小臂的偏心最嚴(yán)重，故螺栓所受的偏心矩最大，螺栓的受力也在此時(shí)達(dá)到最大，其中和因?yàn)樵诖蟊壑写姑鎯?nèi)，所以受由轉(zhuǎn)矩引起的力為0。在大臂的中垂面： (4-8)其中加速度 根據(jù)受力圖能清晰得看出在6個(gè)螺栓中，受力最大的是受力和作用的螺栓： (4-9)此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人大臂采用的是的螺栓，螺栓的材料是Q235，抗拉強(qiáng)度為235，取安全系數(shù)為5，則根據(jù)文獻(xiàn)4中許用抗拉強(qiáng)度極限公式得螺栓的許用抗拉強(qiáng)度極限為: (4-10)又根據(jù)文獻(xiàn)4中應(yīng)力公式，則的地腳螺栓能承受的最大的力為 (4-11)從計(jì)算結(jié)果能夠看出，螺栓所能承受的最大的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器人大臂連接工作臺(tái)的螺栓所需要的最大的力，故此螺栓能牢固、可靠得連接底座和大臂。4.3大臂與小臂的聯(lián)接設(shè)計(jì)圖4-5大臂與小臂連接如上圖所示，此直角坐標(biāo)焊接機(jī)器手的小臂是通過(guò)大臂絲杠螺母支架上8個(gè)的螺栓（正、反面）與小臂外殼連接的，安裝尺寸如上圖所示。4.3.1大臂與小臂聯(lián)接螺栓的受力分析：圖4-6小臂連接螺栓受力圖4.3.2大臂與小臂聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度校核： 根據(jù)文獻(xiàn)2中受轉(zhuǎn)矩的螺栓組校核的公式：首先，此處4個(gè)螺栓均分大臂和小臂的重力（圖