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開(kāi) 題 報(bào) 告
（2008屆）
5自由度焊接機(jī)器人總體及大臂與腰部設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
院 系 機(jī)電系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
填寫日期
一、 本課題國(guó)內(nèi)外狀況，說(shuō)明選題依據(jù)和意義
? 焊接機(jī)器人是目前最大的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。由于汽車制造業(yè)對(duì)許多構(gòu)件的焊接精度和速度等指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時(shí)的火花及煙霧等，對(duì)人體造成危害，因此，焊接過(guò)程的完全自動(dòng)化已成為重要的研究課題，其中，最為重要的就是要應(yīng)用焊接機(jī)器人。 隨著近代模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，以及PC機(jī)與焊接機(jī)器人的結(jié)合應(yīng)用，有效解決了專用控制器計(jì)算負(fù)擔(dān)重、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題.還能夠?qū)⒕咚I(lǐng)域如圖像處理、聲音識(shí)別、最優(yōu)控制、人工智能等先進(jìn)的研究成果應(yīng)用到該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作中。焊接過(guò)程中存在很多不確定的因素，是一個(gè)典型的時(shí)變非線性系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。因此，采用與模型無(wú)關(guān)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊控制技術(shù)更為合適。
我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車等幾個(gè)主要行業(yè)。汽車是焊接機(jī)器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機(jī)廠與上海電動(dòng)工具研究所，合作研制的直角坐標(biāo)機(jī)械手，成功地應(yīng)用于上海牌轎車底盤的焊接?！耙黄笔俏覈?guó)最早引進(jìn)焊接機(jī)器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進(jìn)了3臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人，用于當(dāng)時(shí)“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機(jī)器人應(yīng)用于前圍總成的焊接，并于1988年開(kāi)發(fā)了機(jī)器人車身總焊線 。
??? 80年代末和90年代初，德國(guó)大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車，雖然是國(guó)外的二手設(shè)備，但其焊接自動(dòng)化程度與裝備水平，讓我們認(rèn)識(shí)到了與國(guó)外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項(xiàng)目中都引進(jìn)了焊接機(jī)器人?？梢哉f(shuō)90年代以來(lái)的技術(shù)引進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備的引進(jìn)使我國(guó)的汽車制造水平由原來(lái)的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)使國(guó)外焊接機(jī)器人大量進(jìn)入中國(guó)。由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了工程機(jī)械行業(yè)的繁榮，工程機(jī)械行業(yè)也成為較早引用焊接機(jī)器人的行業(yè)之一。近年來(lái)由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關(guān)的制造行業(yè)也都開(kāi)始尋求自動(dòng)化焊接技術(shù)，焊接機(jī)器人逐漸嶄露頭角。鐵路機(jī)車行業(yè)由于我國(guó)貨運(yùn)、客運(yùn)、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機(jī)器人的需求一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)2001年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有各類焊接機(jī)器人1040臺(tái)，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機(jī)器人占全部焊接機(jī)器人的76%。在汽車行業(yè)中點(diǎn)焊機(jī)器人與弧焊機(jī)器人的比例為3：2，其他行業(yè)大都是以弧焊機(jī)器人為主，主要分布在工程機(jī)械（10%）、摩托車（6%）、鐵路車輛（4%）、鍋爐（1%）等行業(yè)。焊接機(jī)器人也主要分布在全國(guó)幾大汽車制造廠， 從圖1中還能看出，我國(guó)焊接機(jī)器人的行業(yè)分布不均衡，也不夠廣泛。
? 進(jìn)入21世紀(jì)由于國(guó)外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，我國(guó)汽車行業(yè)的機(jī)器人安裝臺(tái)數(shù)迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺(tái)的數(shù)量增長(zhǎng)。估計(jì)我國(guó)目前焊接機(jī)器人的安裝臺(tái)數(shù)在4000臺(tái)左右。汽車行業(yè)焊接機(jī)器人所占的比例會(huì)進(jìn)一步提高。
? 目前在我國(guó)應(yīng)用的機(jī)器人主要分日系、歐系和國(guó)產(chǎn)三種。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是沈陽(yáng)新松機(jī)器人公司產(chǎn)品。
??? 目前在我國(guó)雖然已經(jīng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焊接機(jī)器人系列產(chǎn)品，但卻不能批量生產(chǎn)，形成規(guī)模，有以下幾個(gè)主要原因：
??? 國(guó)內(nèi)機(jī)器人價(jià)格沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。近10年來(lái)，進(jìn)口機(jī)器人的價(jià)格大幅度降低，從每臺(tái)7-8萬(wàn)美元降低到2-3萬(wàn)美元，使我國(guó)自行制造的普通工業(yè)機(jī)器人在價(jià)格上很難與之競(jìng)爭(zhēng)。特別是我國(guó)在研制機(jī)器人的初期，沒(méi)有同步發(fā)展相應(yīng)的零部件產(chǎn)業(yè)，如伺服電機(jī)、減速機(jī)等需要進(jìn)口，使價(jià)格難以降低，所以機(jī)器人生產(chǎn)成本降不下來(lái)；我國(guó)焊接裝備水平與國(guó)外還存在很大差距，這一點(diǎn)也間接影響了國(guó)內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展。對(duì)于機(jī)器人的最大用戶—-汽車白車身生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，目前幾乎所有的裝備都來(lái)從國(guó)外引進(jìn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人幾乎找不到表演的舞臺(tái)。
??? 我們應(yīng)該承認(rèn)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人無(wú)論從控制水平還是可靠性等方面與國(guó)外公司還存在一定的差距。國(guó)外工業(yè)機(jī)器人是個(gè)非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，而且在實(shí)際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而我國(guó)則處于一種單件小批量的生產(chǎn)狀態(tài)。
??? 國(guó)內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠家處于幼兒期，還需要政府政策和資金的支持。焊接機(jī)器人是個(gè)機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，單靠企業(yè)的自身能力是不夠的，需要政府對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)及使用國(guó)產(chǎn)機(jī)器人系統(tǒng)的企業(yè)給予一定的政策和資金支持，加速我國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展。
二、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和參數(shù)：
自由度數(shù) 5
驅(qū)動(dòng)方式 伺服或步進(jìn)電機(jī)
總高 1300mm
最大持重 12kg
各軸轉(zhuǎn)角
軸 轉(zhuǎn)角o 速度o/s
1軸 300
2軸 120
3軸 110 90
4軸 210
5軸 360 180
三、研究的基本內(nèi)容，你解決的主要問(wèn)題（闡述的主要觀點(diǎn)）
? 焊接機(jī)器人之所以能夠占據(jù)整個(gè)工業(yè)機(jī)器人總量的40%以上，焊接精度和速度等指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時(shí)的火花及煙霧等，對(duì)人體造成危害。歸納起來(lái)采用焊接機(jī)器人有下列主要意義：
(1) 穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量,保證其均一性。
? (2) 改善了工人的勞動(dòng)條件。
(3) 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
本論文所研究的為5自由度焊接機(jī)器人，主要解決焊接機(jī)器人腰部以及大臂的工作平穩(wěn)性和提高其工作效率，主要解決一下幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 理清整個(gè)機(jī)器的工作原理，及各個(gè)部件相互關(guān)系，使之協(xié)調(diào)。
(2) 都大臂和腰部的工作原理做研究，明確其傳動(dòng)路線。
(3) 明確各個(gè)部件的裝配關(guān)系，畫出裝配圖和主要零件圖。
(4) 明確各個(gè)部件的技術(shù)要求，合理選擇材料及配合關(guān)系。
四、課題研究工作進(jìn)度計(jì)劃
起止日期 工作內(nèi)容
08.1.2-3.14 撰寫文獻(xiàn)綜述 外文翻譯 開(kāi)題報(bào)告
08.1 -08.3.14 畢業(yè)實(shí)習(xí)
08.03.15-08.04.01 總體設(shè)計(jì)
08.04.02-08.04.27 部件設(shè)計(jì)
08.04.28-08.05.14 零件設(shè)計(jì)
08.05.15-08.05.29 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書
08.05.30-08.06.04 預(yù)答辯及修改工作
08.06.06-08.06.09 主審教師評(píng)閱
08.06.10左右 答辯及成績(jī)綜合評(píng)定
六、主要參考文獻(xiàn)
[1]申永盛.機(jī)械原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.260～264
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[4] 周炳森,《新編焊接設(shè)備選型與焊接材料選用實(shí)用手冊(cè)》.出版時(shí)間:2006年7月
[5] 朱浩翔.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].MC現(xiàn)代零部件，2007.1
[6]羅誠(chéng),《最新壓力容器焊接和切割新技術(shù)、新工藝與應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)》，中國(guó)科技文化出版社，2005年
[7] 陳善本，《智能化焊接機(jī)器人技術(shù)》。機(jī)械工業(yè)出版社。2006-1-1，5-2
[8]王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．15～25
六、指導(dǎo)教師審核意見(jiàn)
指導(dǎo)教師（簽名）
年 月 日
七、院（系）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見(jiàn)
1．通過(guò) 2．完善后通過(guò) 3. 未通過(guò)
負(fù)責(zé)人（簽名）
年 月 日
6