汽車生產(chǎn)線焊接機器人結構設計開題報告
１、課題論證
1.1課題研究的目的與意義
焊接機器人是目前最大的工業(yè)機器人應用領域。由于汽車制造業(yè)對許多構件的焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時的火花及煙霧等，對人體造成危害，因此，焊接過程的完全自動化已成為重要的研究課題，其中，最為重要的就是要應用焊接機器人。 隨著近代模糊數(shù)學和神經(jīng)網(wǎng)絡的出現(xiàn)，以及PC機與焊接機器人的結合應用，有效解決了專用控制器計算負擔重、實時性差等問題.還能夠將具他領域如圖像處理、聲音識別、最優(yōu)控制、人工智能等先進的研究成果應用到該系統(tǒng)的實時操作中。焊接過程中存在很多不確定的因素，是一個典型的時變非線性系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學模型。因此，采用與模型無關的人工神經(jīng)網(wǎng)絡或模糊控制技術更為合適。
我國焊接機器人的應用主要集中在汽車、摩托車、工程機械、鐵路機車等幾個主要行業(yè)。汽車是焊接機器人的最大用戶，也是最早用戶。早在70年代末，上海電焊機廠與上海電動工具研究所，合作研制的直角坐標機械手，成功地應用于上海牌轎車底盤的焊接。“一汽”是我國最早引進焊接機器人的企業(yè)，1984起先后從KUKA公司引進了3臺點焊機器人，用于當時“紅旗牌”轎車的車身焊接和“解放牌”車身頂蓋的焊接。1986年成功將焊接機器人應用于前圍總成的焊接，并于1988年開發(fā)了機器人車身總焊線 。
??? 80年代末和90年代初，德國大眾公司分別與上海和一汽成立合資汽車廠生產(chǎn)轎車，雖然是國外的二手設備，但其焊接自動化程度與裝備水平，讓我們認識到了與國外的巨大差距。隨后二汽在貨車及輕型車項目中都引進了焊接機器人?？梢哉f90年代以來的技術引進和生產(chǎn)設備、工藝裝備的引進使我國的汽車制造水平由原來的作坊式生產(chǎn)提高到規(guī)?；a(chǎn)，同時使國外焊接機器人大量進入中國。由于我國基礎設施建設的高速發(fā)展帶動了工程機械行業(yè)的繁榮，工程機械行業(yè)也成為較早引用焊接機器人的行業(yè)之一。近年來由于我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源的大量需求，與能源相關的制造行業(yè)也都開始尋求自動化焊接技術，焊接機器人逐漸嶄露頭角。鐵路機車行業(yè)由于我國貨運、客運、城市地鐵等需求量的不斷增加，以及列車提速的需求，機器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。據(jù)2001年統(tǒng)計，全國共有各類焊接機器人1040臺，汽車制造和汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中的焊接機器人占全部焊接機器人的76%。在汽車行業(yè)中點焊機器人與弧焊機器人的比例為3：2，其他行業(yè)大都是以弧焊機器人為主，主要分布在工程機械（10%）、摩托車（6%）、鐵路車輛（4%）、鍋爐（1%）等行業(yè)。焊接機器人也主要分布在全國幾大汽車制造廠， 從圖1中還能看出，我國焊接機器人的行業(yè)分布不均衡，也不夠廣泛。
? 進入21世紀由于國外汽車巨頭的不斷涌入，汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，我國汽車行業(yè)的機器人安裝臺數(shù)迅速增加，2002、2003、2004年每年都有近千臺的數(shù)量增長。估計我國目前焊接機器人的安裝臺數(shù)在4000臺左右。汽車行業(yè)焊接機器人所占的比例會進一步提高。
? 目前在我國應用的機器人主要分日系、歐系和國產(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。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。國產(chǎn)機器人主要是沈陽新松機器人公司產(chǎn)品。
???1.2目前國內外的發(fā)展趨勢
目前在我國雖然已經(jīng)具有自主知識產(chǎn)權的焊接機器人系列產(chǎn)品，但卻不能批量生產(chǎn)，形成規(guī)模，有以下幾個主要原因：
??? 國內機器人價格沒有優(yōu)勢。近10年來，進口機器人的價格大幅度降低，從每臺7-8萬美元降低到2-3萬美元，使我國自行制造的普通工業(yè)機器人在價格上很難與之競爭。特別是我國在研制機器人的初期，沒有同步發(fā)展相應的零部件產(chǎn)業(yè)，如伺服電機、減速機等需要進口，使價格難以降低，所以機器人生產(chǎn)成本降不下來；我國焊接裝備水平與國外還存在很大差距，這一點也間接影響了國內機器人的發(fā)展。對于機器人的最大用戶—-汽車白車身生產(chǎn)廠來說，目前幾乎所有的裝備都來從國外引進，國產(chǎn)機器人幾乎找不到表演的舞臺。
??? 我們應該承認國產(chǎn)機器人無論從控制水平還是可靠性等方面與國外公司還存在一定的差距。國外工業(yè)機器人是個非常成熟的工業(yè)產(chǎn)品，經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，而且在實際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而我國則處于一種單件小批量的生產(chǎn)狀態(tài)。
??? 國內機器人生產(chǎn)廠家處于幼兒期，還需要政府政策和資金的支持。焊接機器人是個機電一體化的高技術產(chǎn)品，單靠企業(yè)的自身能力是不夠的，需要政府對機器人生產(chǎn)企業(yè)及使用國產(chǎn)機器人系統(tǒng)的企業(yè)給予一定的政策和資金支持，加速我國國產(chǎn)機器人的發(fā)展。
1.3課題研究的內容、總體方案及技術路線、進度安排等
1）主要參數(shù)
本課題參考庫卡 KR 16-2 KS-F型號的機器人，低載荷6軸機械臂，技術參數(shù)如下：
額定負載（KG）: 16
附加負載（KG）: 10
結構形式: 串聯(lián)
軸數(shù): 6
工作半徑(mm): 1801
重復精度（mm）: 0.05
最大工作范圍(第一軸）: ±185°
第二軸: +35°/﹣155°
第三軸: +154°/﹣130°
第四軸: ±350°
第五軸: ±130°
第六軸: ±350°
最大速度(第一軸): 156°/s
第二軸: 156°/s
第三軸: 156°/s
第四軸: 330°/s
第五軸: 330°/s
第六軸: 615°/s
本體重量（KG）: 245
主要參數(shù)：
負荷 6 kg
附加負荷 10 kg
工作范圍
最大作用范圍 2101 mm
其他數(shù)據(jù)與規(guī)格數(shù) 6
重復精確度 <±0,05 mm
重量 245 kg
控制系統(tǒng) KR C2
2）設計主要方向以及設計思路
焊接機器人之所以能夠占據(jù)整個工業(yè)機器人總量的40%以上，焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任這一工作；此外，焊接時的火花及煙霧等，對人體造成危害。歸納起來采用焊接機器人有下列主要意義：
(1) 穩(wěn)定和提高焊接質量,保證其均一性。
? (2) 改善了工人的勞動條件。
(3) 提高勞動生產(chǎn)率。
本論文所研究的為焊接機器人，主要解決焊接機器人腰部以及大臂的工作平穩(wěn)性和提高其工作效率，主要解決一下幾個問題：
2） 理清整個機器的工作原理，及各個部件相互關系，使之協(xié)調。
3） 都大臂和腰部的工作原理做研究，明確其傳動路線。
4） 明確各個部件的裝配關系，畫出裝配圖和主要零件圖。
5） 明確各個部件的技術要求，合理選擇材料及配合關系。
3）基本圖形
時間
設計任務及要求
第1-2周
分析、查閱資料，熟悉設備技術要求、背景，學習與畢業(yè)設計相關知識，做好前期準備工作，撰寫開題報告 和外文翻譯。準備開題報告答辯PPT
第3-4周
總體方案設計，并進行機械傳動部分設計的有關計算，對焊接機器人腰部及大臂部分結構進行設計，確定總體尺寸。
第5周
繪制焊接機器人結構草圖，計算并校核有關尺寸。
第6-8周
零件的三維設計，尺寸更改校核。
第9周
檢驗修改設計。
第10周
繪制二維零件圖。
第11周
繪制裝配圖。
第12周
將圖紙交由指導老師指正錯誤。
第13周
編寫設計說明書，交給指導老師審定。
第14周
制作答辯提綱，設計定稿，打印，準備畢業(yè)設計答辯。
第15周
進行畢業(yè)設計答辯
1.5參考文獻
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2、答辯組論證結論
（1）方案可行，技術路線清晰 □ （2）方案可行，技術路線基本清晰 □
（3）方案基本可行，技術路線不很清晰 □ （4）方案和技術路線不很清晰 □
（5）方案和技術路線不清晰 □
3、指導教師意見： 教研室主任意見：
指導教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：
年 月 日 年 月 日
注：(1) 開題報告是用文字體現(xiàn)的設計（論文）總構想，篇幅不必過大，但要把計劃設計的課題、如何設計、理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀等主要問題說清楚；
(2) 字數(shù)不少于3000字，參考文獻不少于6篇，印刷字符在10萬印刷符以上。