0111-集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
0111-集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),集裝箱,波紋,焊接,機(jī)器人,機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)學(xué),分析,車體,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)
摘要 隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),如集裝箱波紋板焊接機(jī)器人、大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲(chǔ)罐)的焊接等。而這些焊接場(chǎng)合下，焊接機(jī)器人要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動(dòng)化的水平。無疑,將機(jī)器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動(dòng)化焊接難題。因此機(jī)器人的設(shè)計(jì)對(duì)于解決這一難題至關(guān)重要。
本課題主要完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解、車體的總體設(shè)計(jì)、電機(jī)的選擇等方面。主要從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的角度完成一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，求出三個(gè)關(guān)節(jié)應(yīng)按照什么運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，還有三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而完成對(duì)整個(gè)機(jī)器人的總體設(shè)。通過對(duì)小車的受力分析完成對(duì)車輪、車體的設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際操作中遇到的問題對(duì)完成對(duì)電機(jī)的選擇。最后對(duì)所選的齒輪進(jìn)行校核，使之能完成具體的操作要求。
關(guān)鍵詞 焊接機(jī)器人發(fā)展 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),如大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲(chǔ)罐)的焊接等。而這些焊接場(chǎng)合下，焊接機(jī)器人要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動(dòng)化的水平。無疑,將機(jī)器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動(dòng)化焊接難題。
當(dāng)前絕大多數(shù)移動(dòng)焊接機(jī)器人還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把機(jī)器人放到坡口附近合適的位置,并且通過手動(dòng)將機(jī)器人本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的待焊狀態(tài) ,也就是說機(jī)器人的自主性還很低,基本上還不具有自主的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢(shì)為三個(gè)方面：選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤，因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的焊接任務(wù)；由于控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展，這也將是移動(dòng)焊接機(jī)器人的控制所采用。
目前用于焊接集裝箱側(cè)板與頂側(cè)梁、底側(cè)梁的自動(dòng)焊專機(jī)，由于在焊接過程中，焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角（焊接工藝參數(shù)也未有變化），如圖1所示，在直線段與在波內(nèi)斜邊段，焊接速度方向恒為水平向右，而焊槍與焊縫保持垂直，故焊槍與焊接速度的夾角不能保持恒定，直接導(dǎo)致在直線段的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形不能保持一致，進(jìn)而導(dǎo)致在直線段焊接與在波內(nèi)斜邊段焊接的焊縫的質(zhì)量不一樣，進(jìn)而制約集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
圖1 集裝箱波紋板示意圖
為此，本課題所涉及的內(nèi)容主要是兩塊，分別為關(guān)于集裝箱波紋板三自由度焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，該機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
1 機(jī)構(gòu)方案
(1) 根據(jù)實(shí)際的集裝箱波紋板的焊接條件，我們采用三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人：左右平移的焊接機(jī)器人本體1、上下平移的十字滑塊2和做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的末端效應(yīng)器3（如圖2）。
圖2 三自由度焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)模型（俯視圖）
(2) 求出三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并且該解滿足一定的約束，能夠有效的解決在集裝箱波紋板在直線段中焊接的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段中焊接的焊縫成形不一致。
(3) 所要解決的問題
熟悉運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的方法、建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、找出變換關(guān)系、逆解。
(4) 方法
齊次坐標(biāo)變換方法。
2 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于在這里借用了一個(gè)現(xiàn)成的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)上下平移的十字滑塊，故這里所做的設(shè)計(jì)主要為小車行走機(jī)構(gòu)（即左右平移的焊接機(jī)器人本體1）。
所要解決的問題及任務(wù)：
小車行走機(jī)構(gòu)：車體結(jié)構(gòu)方案的確定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的估計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇傳動(dòng)的校核。
其它：擺動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇等。
3 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析指的是機(jī)器人末端執(zhí)行部件（手爪）的位移分析、速度分析及加速度分析。根據(jù)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量qi（i=1，2，3，…，n）的值，便可計(jì)算出機(jī)器人末端的位姿方程，稱為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（正向運(yùn)動(dòng)學(xué)）；反之，為了使機(jī)器人所握工具相對(duì)參考系的位置滿足給定的要求，計(jì)算相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，這一過程稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。從工程應(yīng)用的角度來看，運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解往往更加重要，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)。
在該課題里，很顯然這里是已知末端執(zhí)行器端點(diǎn)（焊槍）的位移，速度及焊槍與焊縫間的夾角關(guān)系，來求三個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。
3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)化
由于該機(jī)器人是為了實(shí)現(xiàn)這樣一種運(yùn)動(dòng)：焊槍末端運(yùn)動(dòng)軌跡一定，焊接速度恒定，故可以在運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解時(shí)，對(duì)實(shí)際的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，這里將對(duì)其采取等效處理：
(1) 將關(guān)節(jié)1（左右平移的焊接機(jī)器人本體1）與關(guān)節(jié)2（前后移動(dòng)的十字滑塊2）之間沿Z軸的距離和關(guān)節(jié)2與關(guān)節(jié)3（做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的末端效應(yīng)器3）的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的距離視為零，這對(duì)分析結(jié)果是等效的。
(2) 對(duì)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)焊槍投影在X-Y平面上進(jìn)行等效。
3.2 設(shè)定機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系
據(jù)簡(jiǎn)化后的模型可獲得各個(gè)坐標(biāo)系及其之間的關(guān)系，各個(gè)坐標(biāo)系的X，Y方向如圖2所示，Z方向都垂直該俯視圖，且由前面的簡(jiǎn)化等效思想可知各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都處在Z=0平面上。
3.3 求其次變換
3.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的結(jié)果
由逆解過程可以看出三自由度焊接機(jī)器人三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律協(xié)調(diào)動(dòng)作，即可以保證焊槍以一定的位姿與焊接速率進(jìn)行焊接，將較好的解決波紋直線焊縫與波內(nèi)斜邊焊縫成形不能保持一致的難題。各段關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下（一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3）：
圖3 波紋的一個(gè)周期的各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的分段示意圖
AB段（過渡段1）
(1) 直線段
該小階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并保證焊接速度v相對(duì)于焊縫為恒定。
(2) 圓弧段
該小階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，
(3) 斜線段
該直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
BC段（波內(nèi)斜邊段1）
這一階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3不轉(zhuǎn)動(dòng)，。
CD段（過渡段2）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
其中，C→C斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，C→D圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，D →D直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
DE段（直線段1）
這一階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3不轉(zhuǎn)動(dòng)，。
EF段（過渡段3）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
其中，E→E斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，E→F圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，F(xiàn) →F直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
FG段（波內(nèi)斜邊段2）
該階段：；并滿足焊接速度相對(duì)焊縫恒定，焊槍與焊縫保持垂直關(guān)系。
GH段（過渡段4）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
這里分三個(gè)小運(yùn)動(dòng)階段，其中，G→G斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，G→H圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，H →H直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
HI段（直線段2）
該階段運(yùn)動(dòng)：；并滿足焊接速度相對(duì)于焊縫保持恒定，焊槍與焊縫的夾角保持垂直關(guān)系。
4 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括方案選擇；功率估計(jì)；電機(jī)選擇；校核等內(nèi)容。
具體的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)如下：
傳動(dòng)順序?yàn)椋弘姍C(jī)圓柱齒輪固定齒條（通過反推動(dòng)）車體結(jié)構(gòu)。主要利用齒輪、齒條將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)比較容易。
根據(jù)實(shí)際操作中遇到的情況并經(jīng)校核選用的電機(jī)、齒輪如下：
選用的電機(jī)參數(shù)如下：
（1）傳動(dòng)電機(jī)這里選用的是杭州日升生產(chǎn)的永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)
型號(hào)：130BYG2501；
步距角：0.9/1.8度；
電壓：120-310v；
相數(shù)：2 ；
電流：6 A；
靜轉(zhuǎn)矩：270 ；
空載運(yùn)行頻率；
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：。
（2）擺動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)選擇的型號(hào)是Maxon 組合體系：
電機(jī)：Maxon DC Motor F2260 功率為40W；
行星輪減速箱：GP 62（11501）傳動(dòng)比約為19：1；
編碼器：HEDS 55。
選用的齒輪參數(shù)如下：齒輪直徑，齒寬為，模數(shù)為1。
參 考 文 獻(xiàn)
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[12] 鄭相鋒，胡小建．弧焊機(jī)器人焊接區(qū)視覺信息傳感與控制技術(shù)[J]．電焊機(jī)，2005．
[13] 孔宇，戴明，吳林．機(jī)器人結(jié)構(gòu)光視覺三點(diǎn)焊縫定位技術(shù)[J]．焊接學(xué)報(bào)，1997．
[14] 王軍波等．基于CCD傳感器的球罐焊接機(jī)器人焊縫跟蹤[J]．焊接學(xué)報(bào)，2001．
[15] 徐培全等．基于機(jī)器人焊接的視覺傳感系統(tǒng)綜述[J]．焊接，2005．
集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)
摘要 隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),如集裝箱波紋板焊接機(jī)器人、大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲(chǔ)罐)的焊接等。而這些焊接場(chǎng)合下，焊接機(jī)器人要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動(dòng)化的水平。無疑,將機(jī)器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動(dòng)化焊接難題。因此機(jī)器人的設(shè)計(jì)對(duì)于解決這一難題至關(guān)重要。
本課題主要完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解、車體的總體設(shè)計(jì)、電機(jī)的選擇等方面。主要從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的角度完成一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，求出三個(gè)關(guān)節(jié)應(yīng)按照什么運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，還有三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而完成對(duì)整個(gè)機(jī)器人的總體設(shè)。通過對(duì)小車的受力分析完成對(duì)車輪、車體的設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際操作中遇到的問題對(duì)完成對(duì)電機(jī)的選擇。最后對(duì)所選的齒輪進(jìn)行校核，使之能完成具體的操作要求。
關(guān)鍵詞 焊接機(jī)器人發(fā)展 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著工業(yè)水平的發(fā)展,重要的大型焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越多,其中大量的焊接工作必須在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),如大型艦船艙體、甲板的焊接、大型球罐(儲(chǔ)罐)的焊接等。而這些焊接場(chǎng)合下，焊接機(jī)器人要適應(yīng)焊縫的變化，才能做到提高焊接自動(dòng)化的水平。無疑,將機(jī)器人技術(shù)和焊縫跟蹤技術(shù)結(jié)合將有效地解決大型結(jié)構(gòu)件野外作業(yè)的自動(dòng)化焊接難題。
當(dāng)前絕大多數(shù)移動(dòng)焊接機(jī)器人還能焊縫跟蹤,焊前必須通過人為的方式,把機(jī)器人放到坡口附近合適的位置,并且通過手動(dòng)將機(jī)器人本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的待焊狀態(tài) ,也就是說機(jī)器人的自主性還很低,基本上還不具有自主的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力。
未來的發(fā)展趨勢(shì)為三個(gè)方面：選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤，因?yàn)榕c圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展；采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的焊接任務(wù)；由于控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展，這也將是移動(dòng)焊接機(jī)器人的控制所采用。
目前用于焊接集裝箱側(cè)板與頂側(cè)梁、底側(cè)梁的自動(dòng)焊專機(jī)，由于在焊接過程中，焊槍不能隨波形的變化調(diào)整與焊槍速度的夾角（焊接工藝參數(shù)也未有變化），如圖1所示，在直線段與在波內(nèi)斜邊段，焊接速度方向恒為水平向右，而焊槍與焊縫保持垂直，故焊槍與焊接速度的夾角不能保持恒定，直接導(dǎo)致在直線段的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形不能保持一致，進(jìn)而導(dǎo)致在直線段焊接與在波內(nèi)斜邊段焊接的焊縫的質(zhì)量不一樣，進(jìn)而制約集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
圖1 集裝箱波紋板示意圖
為此，本課題所涉及的內(nèi)容主要是兩塊，分別為關(guān)于集裝箱波紋板三自由度焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，該機(jī)器人車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
1 機(jī)構(gòu)方案
(1) 根據(jù)實(shí)際的集裝箱波紋板的焊接條件，我們采用三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人：左右平移的焊接機(jī)器人本體1、上下平移的十字滑塊2和做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的末端效應(yīng)器3（如圖2）。
圖2 三自由度焊接機(jī)器人關(guān)節(jié)模型（俯視圖）
(2) 求出三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并且該解滿足一定的約束，能夠有效的解決在集裝箱波紋板在直線段中焊接的焊縫成形與在波內(nèi)斜邊段中焊接的焊縫成形不一致。
(3) 所要解決的問題
熟悉運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的方法、建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、找出變換關(guān)系、逆解。
(4) 方法
齊次坐標(biāo)變換方法。
2 焊接機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于在這里借用了一個(gè)現(xiàn)成的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)上下平移的十字滑塊，故這里所做的設(shè)計(jì)主要為小車行走機(jī)構(gòu)（即左右平移的焊接機(jī)器人本體1）。
所要解決的問題及任務(wù)：
小車行走機(jī)構(gòu)：車體結(jié)構(gòu)方案的確定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的估計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇傳動(dòng)的校核。
其它：擺動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇等。
3 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析指的是機(jī)器人末端執(zhí)行部件（手爪）的位移分析、速度分析及加速度分析。根據(jù)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)變量qi（i=1，2，3，…，n）的值，便可計(jì)算出機(jī)器人末端的位姿方程，稱為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（正向運(yùn)動(dòng)學(xué)）；反之，為了使機(jī)器人所握工具相對(duì)參考系的位置滿足給定的要求，計(jì)算相應(yīng)的關(guān)節(jié)變量，這一過程稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。從工程應(yīng)用的角度來看，運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解往往更加重要，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)。
在該課題里，很顯然這里是已知末端執(zhí)行器端點(diǎn)（焊槍）的位移，速度及焊槍與焊縫間的夾角關(guān)系，來求三個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故為運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。
3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)化
由于該機(jī)器人是為了實(shí)現(xiàn)這樣一種運(yùn)動(dòng)：焊槍末端運(yùn)動(dòng)軌跡一定，焊接速度恒定，故可以在運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解時(shí)，對(duì)實(shí)際的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，這里將對(duì)其采取等效處理：
(1) 將關(guān)節(jié)1（左右平移的焊接機(jī)器人本體1）與關(guān)節(jié)2（前后移動(dòng)的十字滑塊2）之間沿Z軸的距離和關(guān)節(jié)2與關(guān)節(jié)3（做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的末端效應(yīng)器3）的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的距離視為零，這對(duì)分析結(jié)果是等效的。
(2) 對(duì)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)焊槍投影在X-Y平面上進(jìn)行等效。
3.2 設(shè)定機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系
據(jù)簡(jiǎn)化后的模型可獲得各個(gè)坐標(biāo)系及其之間的關(guān)系，各個(gè)坐標(biāo)系的X，Y方向如圖2所示，Z方向都垂直該俯視圖，且由前面的簡(jiǎn)化等效思想可知各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)都處在Z=0平面上。
3.3 求其次變換
3.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的結(jié)果
由逆解過程可以看出三自由度焊接機(jī)器人三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律協(xié)調(diào)動(dòng)作，即可以保證焊槍以一定的位姿與焊接速率進(jìn)行焊接，將較好的解決波紋直線焊縫與波內(nèi)斜邊焊縫成形不能保持一致的難題。各段關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下（一個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3）：
圖3 波紋的一個(gè)周期的各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的分段示意圖
AB段（過渡段1）
(1) 直線段
該小階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并保證焊接速度v相對(duì)于焊縫為恒定。
(2) 圓弧段
該小階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，
(3) 斜線段
該直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
BC段（波內(nèi)斜邊段1）
這一階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3不轉(zhuǎn)動(dòng)，。
CD段（過渡段2）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
其中，C→C斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，C→D圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，D →D直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
DE段（直線段1）
這一階段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3不轉(zhuǎn)動(dòng)，。
EF段（過渡段3）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
其中，E→E斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，E→F圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，F(xiàn) →F直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
FG段（波內(nèi)斜邊段2）
該階段：；并滿足焊接速度相對(duì)焊縫恒定，焊槍與焊縫保持垂直關(guān)系。
GH段（過渡段4）
這一階段里的處理思想方法與過渡段1是一樣的。
這里分三個(gè)小運(yùn)動(dòng)階段，其中，G→G斜線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度，G→H圓弧段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不旋轉(zhuǎn)，H →H直線段旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度。
HI段（直線段2）
該階段運(yùn)動(dòng)：；并滿足焊接速度相對(duì)于焊縫保持恒定，焊槍與焊縫的夾角保持垂直關(guān)系。
4 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括方案選擇；功率估計(jì)；電機(jī)選擇；校核等內(nèi)容。
具體的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)如下：
傳動(dòng)順序?yàn)椋弘姍C(jī)圓柱齒輪固定齒條（通過反推動(dòng)）車體結(jié)構(gòu)。主要利用齒輪、齒條將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)比較容易。
根據(jù)實(shí)際操作中遇到的情況并經(jīng)校核選用的電機(jī)、齒輪如下：
選用的電機(jī)參數(shù)如下：
（1）傳動(dòng)電機(jī)這里選用的是杭州日升生產(chǎn)的永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)
型號(hào)：130BYG2501；
步距角：0.9/1.8度；
電壓：120-310v；
相數(shù)：2 ；
電流：6 A；
靜轉(zhuǎn)矩：270 ；
空載運(yùn)行頻率；
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：。
（2）擺動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)選擇的型號(hào)是Maxon 組合體系：
電機(jī)：Maxon DC Motor F2260 功率為40W；
行星輪減速箱：GP 62（11501）傳動(dòng)比約為19：1；
編碼器：HEDS 55。
選用的齒輪參數(shù)如下：齒輪直徑，齒寬為，模數(shù)為1。
5 針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)如下：
(1)對(duì)該集裝箱波紋板三自由度焊接機(jī)器人進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，證明該方案可行，能夠滿足集裝箱波紋板焊接的要求，能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高集裝箱的生產(chǎn)質(zhì)量。
(2)完成了車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：車體結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇；驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的估計(jì)計(jì)算與選擇；齒輪齒條傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度與彎曲疲勞強(qiáng)度校核。還有擺動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。
(3)其它方面：車輪與選用導(dǎo)軌的匹配設(shè)計(jì)，關(guān)節(jié)間的聯(lián)接匹配設(shè)計(jì)。這些都是直接在圖紙上設(shè)計(jì)出來了。
參 考 文 獻(xiàn)
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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
錢瑞
學(xué) 號(hào)
0501510131
指導(dǎo)教師
武培軍 吳晟
選題情況
課題名稱
集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
√
偏易
工作量
較大
合理
√
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
√
無
開題報(bào)告
有
√
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
√
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
√
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
√
慢
中期工作匯報(bào)及解答問題情況
優(yōu)
良
√
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：良
所在專業(yè)意見：
學(xué)習(xí)較主動(dòng)、積極，態(tài)度認(rèn)真，階段成果較明顯。
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
錢瑞
學(xué) 號(hào)：
0501510131
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)
運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
武培軍 吳 晟
年 月 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是通過編程完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人是一門涉及機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。以下著重闡述工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)背景，國內(nèi)外的研究狀況，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用以及實(shí)際遇到的問題和解決思路。
關(guān)鍵詞 逆解 機(jī)器人 人工智能
1 機(jī)器人的概念
機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)較多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器，而工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人。美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出的工業(yè)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。英國和日本機(jī)器人協(xié)會(huì)也采用了類似的定義。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90將工業(yè)機(jī)器人定義為：“機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機(jī)定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置”。
機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制裝置和為使機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成[1]。
2 機(jī)器人技術(shù)的背景及其意義
機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來,機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系統(tǒng)( FMS) 、自動(dòng)化工廠( FA) 、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,而且保障人身安全、改善勞動(dòng)環(huán)境、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式[3]。
20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
3 國內(nèi)外研究概況
3.1 國際發(fā)展?fàn)顩r
從機(jī)器人（Robots）誕生到二十世紀(jì)80年代，機(jī)器人制造技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長期緩慢的發(fā)展過程。到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等快速發(fā)展，機(jī)器人制造技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。近年來，人類的活動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向各個(gè)科技領(lǐng)域發(fā)展。
海洋開發(fā)、宇宙探測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動(dòng)化和機(jī)器人化的要求。這些行業(yè)對(duì)機(jī)器人的要求比制造業(yè)更高，所以研制出具備能夠行走、對(duì)外感知和能夠局部自主規(guī)劃功能的機(jī)器人，成了機(jī)器人制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。如今，水下機(jī)器人、地下機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、建筑機(jī)器人、軍用機(jī)器人已經(jīng)開始進(jìn)入人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為人類的得力助手和親密伙伴。
美國是機(jī)器人的誕生地,早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人,比起號(hào)稱機(jī)器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展,美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一。據(jù)UNECE和IFR統(tǒng)計(jì), 2004年美國新安裝工業(yè)機(jī)器人12 693臺(tái),預(yù)計(jì)到2007年底,新安裝的工業(yè)機(jī)器人將達(dá)15 900臺(tái)。至2003年末,在北美運(yùn)行的機(jī)器人總量為112 390臺(tái),比2002年增長7% ,預(yù)計(jì)至2007年6美國運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人總量將達(dá)到145 100臺(tái)。
就每萬名雇員擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),至2003年末,在美國制造業(yè)中,每1萬名雇員有63個(gè)工業(yè)機(jī)器人。作為對(duì)比,德國為148個(gè),歐盟為93個(gè)。在美國汽車工業(yè)中,每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有740個(gè)工業(yè)機(jī)器人,但這個(gè)數(shù)字還是遠(yuǎn)低于日本( 1 400個(gè)機(jī)器人) 意大利(1 400個(gè)機(jī)器人)和德國( 1 000個(gè)機(jī)器人)[8]。
日本素有“機(jī)器人王國”之稱,其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展令人矚目,無論機(jī)器人的數(shù)量還是機(jī)器人的密度都位居世界第一。在其經(jīng)歷了短暫的搖籃期之后,快速跨過實(shí)用期,邁入普及提高期。在20 世紀(jì)80 年代至90年代初期,日本的工業(yè)機(jī)器人可謂處于繁榮鼎盛時(shí)期,似乎無所不能。然而,花無百日紅,自20世紀(jì)90年代中期開始,隨著歐洲和北美工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的崛起,國際市場(chǎng)的格局發(fā)生了明顯的變化,從日本轉(zhuǎn)向了歐洲和北美。在度過了幾年的低迷期之后, 21世紀(jì)初日本的工業(yè)機(jī)器人又開始重新煥發(fā)生機(jī),尤其是伴隨著中國和其他周邊國家對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求的增長,以及日本本國早年工業(yè)機(jī)器人因服務(wù)期限而帶來的更新?lián)Q代,預(yù)期將對(duì)日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展發(fā)揮積極的作用。據(jù)日本機(jī)器人協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì), 2004年全年日本工業(yè)機(jī)器人的定單較去年增長了1718% ,達(dá)到4 99516億日元(48億美元) ，是連續(xù)第三年大幅度增長。2004年全年日本工業(yè)機(jī)器人出貨量為4 45813億日元,同比增長13.4%。2005年第一季度,日本工業(yè)機(jī)器人出貨量為1 289億日元,較去年同期增長13.6%[4]。
3.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
我國機(jī)器人研究與應(yīng)用起步于二十世紀(jì)70年代初，1986年，“智能機(jī)器人”被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃），經(jīng)過近二十年的不懈努力，取得了一系列令世界矚目的科研成果。隨著以國家863機(jī)器人技術(shù)主題為主的國家相關(guān)部門對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步推動(dòng)，必將對(duì)我國創(chuàng)建“以人為本”社會(huì)發(fā)展模式和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，近年來，國內(nèi)各類主要機(jī)器人的生產(chǎn)和應(yīng)用均呈現(xiàn)快速增長的趨勢(shì)。從大型的工業(yè)機(jī)器人到小型的納米機(jī)器人，從代表國家最高科技水平的登月機(jī)器人到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的教育機(jī)器人，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在中國正進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，呈現(xiàn)出一種欣欣向榮的前景。
中國是一個(gè)制造業(yè)大國，以其低成本的勞動(dòng)力奠定了在國際制造業(yè)中的地位，號(hào)稱“世界工廠”。但是，隨著經(jīng)濟(jì)快速全球化以及信息技術(shù)飛速發(fā)展，單純地依靠勞動(dòng)密集型的生產(chǎn)模式已經(jīng)滿足不了對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)等日益提高的要求，提高制造業(yè)的技術(shù)與資金密集度是制造業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)。實(shí)踐證明，通過信息化帶動(dòng)工業(yè)化是中國繼續(xù)保持國際制造業(yè)大國并轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞓I(yè)強(qiáng)國的唯一出路。工業(yè)機(jī)器人作為重要的自動(dòng)化基礎(chǔ)裝備，是制造業(yè)信息化發(fā)展的基石。在可以預(yù)見的未來，機(jī)器人技術(shù)與現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)互相滲透、融合，應(yīng)用于制造業(yè)基礎(chǔ)裝備的改造，使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生“脫胎換骨”式的飛躍，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)步產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力[2]。
4 機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用
4.1 仿人機(jī)器人
仿人機(jī)器人具有可移動(dòng)性、超多的自由度、視覺和聽覺處理能力，可以完成更復(fù)雜的任務(wù)。但對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性，建立包含語音、視頻等多媒體信息的多功能遠(yuǎn)程操作平臺(tái)，都提出了更高的要求。以往采用的集中控制系統(tǒng)，控制功能高度集中，局部的故障就可能造成系統(tǒng)的整體失效，降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，因此考慮采用分布式的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制.CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))總線作為在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種總線，具有成本低、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開放性好等特點(diǎn)，非常適合用來搭建仿人機(jī)器人的控制系統(tǒng)[7]。
4.2 機(jī)器人在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用
機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的機(jī)器人遙控操作領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，隨著Internet 的迅猛發(fā)展，它在其它許多領(lǐng)域中也有良好的應(yīng)用前景，如遠(yuǎn)程制造業(yè)、分布式制造系統(tǒng)、自主機(jī)器人系統(tǒng)等領(lǐng)域。
(1)機(jī)械加工機(jī)器人：在多品種、大批量、效率低下的生產(chǎn)線上，通過網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)過程，謀求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化；通過機(jī)器人收集現(xiàn)場(chǎng)工況信號(hào)，使運(yùn)送、裝卸工件、切屑處理等工序流程均處于遠(yuǎn)程監(jiān)視之下，控制信號(hào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳送到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人完成生產(chǎn)過程的控制[10]。
（2）工業(yè)裝配機(jī)器人：在裝配作業(yè)過程中，往往有視覺、觸覺等感知功能的運(yùn)用。這些信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人采集后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方控制終端，由遠(yuǎn)方工作人員來操控現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人的動(dòng)作，完成裝配任務(wù)，實(shí)現(xiàn)裝配過程的遠(yuǎn)程控制[11]。
(3)噴漆機(jī)器人：與其它作業(yè)的機(jī)器人不同(其它作業(yè)的機(jī)器人只需正確控制動(dòng)作，即控制定位精度、軌跡模仿精度和速度就已足夠)，噴漆機(jī)器人在進(jìn)行噴漆作業(yè)時(shí)還要評(píng)價(jià)噴漆完成的狀態(tài)，需不斷采集工件噴漆后的圖像信息，把這些信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方控制終端，實(shí)現(xiàn)噴漆作業(yè)的遠(yuǎn)程控制，可以大大提高噴漆作業(yè)的精度和速度[8]。
(4)焊接機(jī)器人：在焊接生產(chǎn)中可提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證了焊接過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的一致性，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足了高度柔性化生產(chǎn)的要求。因此，焊接機(jī)器人廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)，如汽車制造和汽車零部件、摩托車制造、工程機(jī)械、機(jī)車車輛、家用電器等行業(yè)[15]。
5 目前仍存在的問題和解決的思路
工業(yè)機(jī)器人在我國的發(fā)展需要克服眾多困難，其中很重要的一個(gè)就是認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤。就我國絕大多數(shù)制造廠家而言，對(duì)機(jī)器人如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)成本方面缺乏相應(yīng)的了解和認(rèn)識(shí)。這種認(rèn)識(shí)上的缺乏導(dǎo)致許多人抱著一個(gè)錯(cuò)誤的觀念，工業(yè)機(jī)器人在中國沒有市場(chǎng)。但是實(shí)際情況卻正好相反。最近幾年，中國工業(yè)機(jī)器人使用量呈大幅上升趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人的使用已經(jīng)從傳統(tǒng)的汽車和工程機(jī)械行業(yè)向其它制造類行業(yè)快速擴(kuò)散。
目前，我國機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀是大而不強(qiáng)。為了全面提升我國制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，必須加快推進(jìn)制造業(yè)信息化。將網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)信息化、提高本國制造業(yè)的國際影響力，完成“用信息化帶動(dòng)制造業(yè)現(xiàn)代化，用高新技術(shù)改造制造業(yè)，以實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)，有著顯著的現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)用前景十分廣闊，將來大有可為 [11]。
6 結(jié)束語
我國的工業(yè)機(jī)器人研究從“七五”開始起步，近十幾年來在國家“863”計(jì)劃的支持下已經(jīng)取得了長足進(jìn)步。雖然因?yàn)楣I(yè)基礎(chǔ)方面的原因，我國在工業(yè)機(jī)器人本體的生產(chǎn)水平方面與國外還有較大差距，但在機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)集成等方面，與國外先進(jìn)水平的差距已經(jīng)不大。國內(nèi)部分企業(yè)在許多工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的招標(biāo)項(xiàng)目中已經(jīng)可以和國外著名企業(yè)抗衡。目前國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)已經(jīng)逐步走向成熟，應(yīng)用范圍也越來越廣。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來越高，人力成本也將不斷提高，作為全球制造工廠的我國制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求也將會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題是集裝箱波紋板焊接機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及車體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過十字滑塊選用，進(jìn)而組成的焊接機(jī)器人能夠解決波內(nèi)斜邊段焊縫外觀成形與直線段焊縫不一致的問題。即末端執(zhí)行器端點(diǎn)（焊槍）的位移，速度及焊槍與焊縫間的夾角關(guān)系，來求三個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決。內(nèi)容如下：
1、解決焊接過程中焊槍速度與波形夾角的問題，使焊接速度始終與波形垂直，完成三自由度焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
2、三個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)
3、設(shè)計(jì)出小車車體結(jié)構(gòu)，并在圖紙上繪制出機(jī)器人的裝配圖
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,針對(duì)上述問題有了以下設(shè)計(jì)思路：
1、焊接機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成三自由度焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解
機(jī)器人采用三個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)：左右平移的焊接機(jī)器人本體，前后平移的十字滑塊和做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的末端效應(yīng)器。通過三個(gè)關(guān)節(jié)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，來保證末端效應(yīng)器的姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，焊接速度保持不變，焊槍與焊縫間的夾角保持垂直關(guān)系，來做到直線段與波內(nèi)斜邊段焊縫成形的一致。
2、三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)
機(jī)器人采用兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。
3、完成車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出相關(guān)的零件圖和裝配圖
運(yùn)用AutoCAD、Pro/engineer等機(jī)械繪圖軟件分別繪制出車體結(jié)構(gòu)及相關(guān)的零件圖和裝配圖。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
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所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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