第二章焊接机器人的总体设计方案

2。1 引言

焊接机器人的整体包括本体结构、控制系统、焊接结构、变位机、操作系统等。其中实现机器人焊接功能的基础是机器人的本体结构。所以对于机器人系统来说，保证结构合理，功能完善的本体结构是至关重要的[13]。本章主要是对一些基本设计原则以及设计步骤进行介绍，通过理论分析对机器人的结构类型、驱动方式进行了选择，并通过对比国内外焊接机器人的技术要求和技术参数制定了机器人主要技术参数，接着确定了焊接机器人各关节的传动方案，最终确定了机器人的总体设计方案。

2。2 设计基准

2。2。1 设计原则

焊接机器人是三维空间结构，其设计准则有如下4条[14]：

（1）可靠性原则：可靠性在结构复杂，环节较多的机器人设计时有着极为重要的作用，从方案的初步确定到最终结构的确定，都贯穿着可靠性的要求。

（2）（转动惯量）原则：机器人工作时需要提高其效率，一个方法是在机器人在调整状态（指一个工序结束处运动到另一个工序开始处）时以极高的速度运动，这会使机器人产生极高的振动和冲击。为减少这种情况的发生，需采用原则。所采取的方法就是尽量减轻上部以及其他各部位的质量。

（3）高强度设计原则：机器人从底座到头部转轴，各零件既是运动部件又是负载，例如肘部是一个运动部件，它既是运动部件又是大臂的负载，腕部是一运动部件的同时又是小臂的负载，因此设计时应考虑减轻机器人的质量，有效的方法就是选择高强度的材料。

（4）高刚度设计原则：机器人本体结构设计过程中，刚度也有着很重要的影响。本文为了增大结构的刚度，选用了抗弯、抗扭转较高的封闭型空心截面。然后，合理安排了受力位置，以降低大臂、小臂等的弯曲变形。文献综述

（5）经济性原则：设计焊接机器人时，在满足各性能指标时可以尽量降低制造成本，选用相对便宜的附件。

2。2。2 设计步骤

机器人结构设计要合理，保证机械结构的稳定性，因此在设计时要遵循一定的设计步骤，具体步骤如图2-1所示[15]。         

图2-1 机器人本体结构的设计步骤

2。2。3 设计中主要考虑的因素

（1）精度：机器人末端位置的精度是机器人最主要的性能指标。影响机器人精度的主要因素是机械臂的刚度以及各关节的累积误差，设计时应注意结构的紧凑以及手臂刚度的校核。

（2）平稳性：焊接机器人运动时要保证其运动平稳性，这对焊接工件的质量有很大的影响。当机器人负载较大、处于转角时，机器人的稳定性是最差的，如果不处理好将会严重影响焊接质量。设计时，要遵守2。2。1提到的原则，并尽量使各关节结构紧凑，减少震动，保持平稳性。

（3）密封性：密封防止漏油，保证各部位的润滑，尤其时减速器的润滑，以保证性能的稳定。

（4）其他：除了上诉要求，对机器人的驱动部件、传动原件、控制系统以及管路线路也有一定的要求，具体要求如下：合理紧凑，维护方便。此外，还要注意穿线，以使整体结构美观[16]。

2。3 总体布局设计

2。3。1 结构类型选择

根据资料以及比较其他结构类型的焊接机器人，选取了关节坐标型结构。如图2-2所示，其由立柱、前臂和后臂组成。它的运动由立柱的回转（图中θ）和前、后臂的转动构成（图中α和φ）。此种机器人有结构紧凑、运动范围大、灵活性好、避障能力强等优点。