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1、第卷第期大连大学学报年月垅闪点焊机器人的工作原理及其结构技术李艳君,甄恒洲大连大学机械工程系,辽宁大连摘要本文在机构学、机械设计的基础上,根据点焊接机器人的工作原理和技术特点,论述,以及此类机器人机械结构系统的主要技术构成了其机构的焊接运动过程关键词工业机器人点焊机械结构一一一中图分类号文献标识码文章编号碗汉田以机器人是在人员难以工作的环境,如有害于人身健康的环境下,部分代替人工操作的自动化装置,适合于完成简单和重复性的操作,在制造业中得到越来越广泛的应用其优点是定位准确度高、重复精度好、持久耐用、负荷重量大、在有害的环境下可以替代人工作业等
2、成为自动化生产线上不可缺少的装置近些年来,焊接机器人在焊接领域的应用,这不已逐步向柔性化和集成化的方向发展仅要求机器人操纵准确、性能稳定、精度高,还要求机器人应对作业环境和作业对象有一定的适应性,从而向达到和其它系统如或生产过程的无缝集成发展因此,在对此类机器人进行设计时,应对机器人机构进行运动解析及综合分析,同时由于此类机器人在结构上采用开式链,其设计的出发点又不同于一般的机械因此,首先应当依据机器人整机结构的几何模型,进行点焊操作过程的运动模拟分析,检查机器人的运动轨迹是否满足使用要求、能否实现适时控制,以及在运动过程中是否会与周围装置和
3、物体产生干涉在此基础上,进行整机机械结构和传动机构的选择与设计、以及控制系统设计计算本文从系统的易用性和实用性的角度出发,以机械制造行业中自动生产线上用的点焊操作机器人的机械结构设计过程为例,说明其系统的构成及其设计概要点焊机器人操作的技术原理与特点点焊机器人被广泛用来焊接薄板材料,点焊作业占汽车工厂的车体组装工程的大半,点焊机器人手臂上所握焊枪包括电极、电缆、气管、冷却水管及焊接变压器,焊枪相对比较重,要求手臂的负重能力较强现在采用直流后交流伺服电机驱动方式已满足要求,其重复定位精度士一士,,可达到质量保证一致因此在工业机器人中仍占有较大的
4、比例附图所示为点焊机器人示意图,该机器人运动轴为六轴关节式,电动机驱动回转收稿日期一一作者简介李艳君一,女,高级工程师第期李艳君等点焊机器人的工作原理及其结构技术台旋转,实现第一轴的运动电动机推动臂架的摆动,实现第二轴的运动电动机带动驱动臂架的摆动,实现第三轴的运动电动机组、、通过实轴或空心轴,实现驱动手腕的动作为了保证结构在运动过程中保持尽可能无间隙和一定的刚性,避免大的惯性扭矩,并一直,直保持高速至传递到工作端才进行减速,第一轴采用了摆线针轮减速器,第二轴、第三轴使用了滚珠丝,手臂及手腕臂架橡皮缓冲器肘形节杆回转台杠手腕部件的各驱动轴均采
5、用了谐机座联接电缆转台的缓冲器第一轴转台电机附六,波齿轮减速器此外为了抵消惯性、平衡气缸第二轴臂架电动机力影响,在第二轴、第三轴上设置了第三轴驱动臂架电动机声第三轴螺杆平衡汽缸驱动臂架电动机组、、在确定了点焊机器人机械结构的附图点焊机器人工作原理示意图几何模型后,就可以进行其机构运动的仿真分析,既能比较真实地模拟机器人所完成的点,焊操作的运动过程又可进行点焊动作的运动分析和确定合理的运动范围为使焊点轨迹,以,,,不发生偏离实现正确焊接在进行点焊操作作业时机器人首先是进行平移的动作完成焊枪和焊点间的位置修正然后进行焊枪和焊点间的角度误差修正,实
6、现点焊过程的规范操作此类机器人回转机械臂类似于人的手臂,在水平方向具有顺应性,可吸收点焊操作中的平移误,差和角度误差而在垂直方向具有较大的刚性便于点焊操作如果在手,部施加水平方向的作用力,会使机械臂作微小的转动,进行微调点焊操作从而实现自动纠正并减小位置与角度误差,使点焊操作能顺利地完成上述用于点焊操作的机器人主要技术指标是①重复定位精度达士②自由““度数为个③各轴运动速度为一舟成或一几归④柔性手臂转角范围为士通过选用不同型号的控制器,可用于点焊和连续轨迹焊接作业调配手腕部所夹持的相应工具,也可进行加工、装配等其他多种操作点焊机器人机械结构技
7、术的要点机器人的设计、计算,涉及机械设计、机构学、传感技术、计算机应用、自过程复杂动控制、仿生学、信息技术、人工智能等各个学科领域,以及设计者长期的工作经验,是跨学科的综合设计,应从总体出发研究其系统内部各组成部分之间和外部环境与系统之间的相互关系本文仅依据机构运动学与动力学、机械设计的理论,重点讨论点焊机器人机械系统的设计技术要点点焊机器人机械系统技术的主要内容包括①点焊作业机械人的的总体机械结大连大学学报第卷构设计②机器人基本组成机构的运动学和动力分析与验算③机器人内部机构的结构设计包括关节结构、传动机构、驱动方式等④机器人机械系统的优化
8、设计⑤设计用,,的数据库和知识库建立⑥良好的人机交互界面设计因此依据该设计系统只要将机器人进行作业操作的有关各技术参数如自由度、工作空间、额定负载、运动速度、分辨率
