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1、内蒙古工业大学第1章 绪论1.1课题研究的目的及意义焊接是制造业中最重要的工艺技术之一。它在机械制造、核工业、航空航天、能源交通、石油化工及建筑和电子等行业中的应用越来越广泛。随着科学技术的发展，焊接已从简单的构件连接方法和毛坯制造手段，发展成为制造业中一项基础工艺，一种生产尺寸精确的产品的生产手段。传统的手工焊接已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。近20年来，在半自动焊、专机设
2、备以及自动焊接技术方面已取得了许多研究和应用成果，表明焊接过程自动化已成为焊接技术新的生长点之一。从21世纪先进制造技术的发展要求看，焊接自动化生产已是必然趋势。焊接机器人的诞生是焊接自动化革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式，从而使中小批量的产品自动化焊接成为可1。焊接机器人已经广泛应用于汽车、工程机械、摩托车等行业，极大地提高了焊接生产的自动化水平，使焊接生产效率和生产质量产生了质的飞跃。同时改善了工人的劳动环境2。但是，现在焊接领域中自动化程度最高的手臂式机器人在使用时有两个局限性：一个是它的活动范围较小，因为它像一个手臂，手臂长1.52米，也就
3、是其活动半径，所以焊接的工件不能太长，最大范围也不能超过2米。二是它必须用编程或示教进行工作，对不规则的焊缝，特别是在焊接过程中焊缝发生形变时，则很难适应。然而，许多大型工件体积非常庞大，而且必须在工地和现场进行焊接。例如：石化工业中的大型储油罐、球罐，造船业中的各种轮船，对这类产品的焊接，就很难实现自动化，许多建设工作仍然采用人工焊接3。因此，给焊接机器人加装各种传感器，使它们具有焊接路径自主获取、焊缝跟踪以及焊接参数在线调整等能力，具有很高的实用价值。机器人焊接过程的自主化和智能化已经成为科研工作者的一个研究重点。移动焊接机器人由于其良好的移动性、强的磁吸附力以及较高的智能，成为解决大型焊
4、接结构件自动化焊接的有效方法4。尽管自主移动机器人的实用化研究还不够完善，但移动机器人是解决无轨道，无导向，无范围限制焊接的良好方案。1.2国内外研究现状自1962年美国推出世界上第一台Unimate型和Versatra型工业机器人以来，越来越多的工业机器人投入生产使用中。这其中大约有半数是焊接机器人。焊接机器人是在工业机器人上装备焊接系统，如送丝机、软管、焊枪、焊炬或焊钳，并配备相应的焊接电源的自动化焊接装备1。从20世纪60年代诞生和发展到现在，焊接机器人可大致分为三代：第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人，由于其具有操作简便、不需要环境模型、示教时可修正机械结构带来的误差等特点，在
5、焊接生产中得到大量使用。第二代是指基于一定传感器信息的离线编程焊接机器人，得益于焊接传感器技术和离线编程技术的不断改进，这类机器人现已进入应用研究的阶段。第三代是指装有多种传感器，接收作业指令后能根据客观环境自行编程的高度适应性智能焊接机器人，由于人工智能技术的发展相对滞后，这一代机器人正处于试验研究阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的示教再现型向多传感、智能化方向发展将成为科研人员追求的目标5。焊接机器人的技术水平在不断的进步，目前，焊接机器人几乎全部采用交流伺服电机驱动，这种电机因为没有电刷，故障率很低。控制器中普遍采用32位的计算机，除可以控制机器人本体的56个轴外，
6、还可以使外围设备和机器人协调联动。例如，日本安川公司的新型焊接机器人控制器NX100技术中，一台控制器能同时控制四台机器人共36轴（每台机器人有本体6个轴，3个外部轴），并且能够使用软PLC对周围装置进行控制。与NX100配套的示教盒也采用了功能强大的Windows CE操作系统。而瑞士的ABB等其他公司也有类似的控制器产品，如ABB的第五代机器人控制器IRC56-7。配套焊接系统也有很多新的进展，在1993年的埃森展览会上，日本松下公司把旋转电弧焊技术用于弧焊机器人。由于采用旋转电弧焊时，焊丝能够以50Hz以上的频率旋转，所以用这种技术进行焊缝跟踪时，其跟踪精度比机器人经常采用的摆动焊（摆动
7、频率小于10Hz）要高得多8。该公司还于1993年首先销售在控制柜中内藏焊机的机器人，依靠数字通讯技术实现了焊机和机器人的结合。并于2004年研制出了TAWERS机器人，实现了焊机和机器人的融合，即由机器人控制器直接控制焊接波形。其中焊机采用了频率为100kHz的逆变电源，体积小巧，控制精度高。焊机和机器人融合的优点主要有焊机和焊枪的动作能够实现同步的精确控制，便于实现缜密的焊接条件控制，并使焊接系统小型化。另外，该机器人把送丝机和机器人手臂做成一体，使送丝机能够配合焊枪的动作进行转动，以保证送丝始终顺畅。焊接是工业机器人应用最重要的领域之一，随着国外对工业机器人在焊接方面的研究应用，基于生产
8、实践的需要，我国也开始了焊接机器人的研究。20世纪50年以来我国在焊缝自动跟踪方面有了长足发展，技术水平不断提高，并取得了许多应用成果。我国已发展了各种类型的传感器技术，控制坐标已从单坐标和双坐标发展到了多坐标。20世纪5060年代多采用接触跟踪，西安交通大学和三桥机车车辆厂是中国从事接触跟踪和电磁跟踪研究较早的单位。6070年代后期发展了电磁跟踪、光电跟踪、电弧跟踪、激光跟踪等非接触跟踪技术。华中科技大学与湖北造船厂合作研制成功全位置电磁跟踪气体保护焊机，跟踪精度达1mm。华南理工大学与广州造船厂共同研制的电磁立焊缝自动跟踪焊机，用在万吨轮的焊接上。天水电气传动研究所和上海造船工艺研究所合作
9、，研制的光电跟踪装置用于螺旋管焊接和船舶的焊接生产中。哈尔滨焊接研究所与辽阳钢厂合作研制的激光跟踪装置用于螺旋管焊接自动生产线等。20世纪80年代后期，微机跟踪和电视跟踪技术得到迅速发展，从而为传统焊接自动化向现代焊接自动化发展奠定了基础9。从20世纪70年代末开始，清华大学潘际銮院士对电弧传感焊缝跟踪做了大量研究。80年代末，潘院士在电弧传感器结构及控制方面又进行了新的研究，研制出一种空心马达式高速旋转扫描电弧传感器，并成功地对一种无道轨的自动小车进行跟踪控制，获得了专利10。此外，哈尔滨工业大学研制成功了单片机控制高精度激光跟踪系统，西北工业大学研制成功微处理机控制熔化极脉冲窄间隙焊缝自动
10、跟踪系统等，都获得了较好的自动控制效果11。计算机图像法控制技术也在80年代研究成功，如水电部电力建设研究所研制成功DL-64固态图像传感器进行焊缝跟踪的装置。总的说来，我国的焊接研究人员对各种焊缝跟踪方法进行了研究，并在某些特定的应用中获得了成功。但是，由于种种原因，我国的焊缝跟踪技术大都还停留在实验室中，在生产中应用的绝大部分还是针对特定焊接对象、工艺和焊接状况的焊缝跟踪系统，能够形成商业化的产品非常少见，而这正是我国在焊缝跟踪领域与发达国家的最大差距所在12。第2章 焊接机器人系统组成2.1系统总体结构本论文研究的爬行式焊接机器人系统主要由运动机构、焊接系统、检测系统与控制系统四部分组成
11、，系统基本框架如图2.1所示。该机器人的运动机构由爬行机构和十字滑块组成；焊接系统包括有焊接电源、送气送丝机构、焊炬摆动机构组成；检测系统包括有激光图像传感器，霍尔传感器，限位开关和位移传感器等各种传感器来得到各种可用于控制的信息与信号；控制部分由控制器、人机界面、驱动电路及设备、远程操作盒等几部分组成。2.2小车部分该爬行式全位置焊机器人半履带小车，特征是小车的后驱动依靠两个后交(直)流伺服电机单独驱动两根履带，具有较强的驱动力，双履带为小车左、右配置，从动链轮的芯轮轴置于可前后和上下移动的调节滑块和弹性悬架上，前轮既起转向作用又具有驱动功能，小车牵引力得到增强，能满足在小车负载较大时对牵引
12、力的需求，转向精度高;依靠永磁磁钢、扼铁与被焊工件间形成强磁路所构成的吸附磁路吸附在所需焊接的钢构件上。小车由控制电路发出信号控制交(直)流伺服电机和转向步进电机，从而完成焊缝轨迹自动跟踪，交(直)流伺服电机调速方便，反应速度快，可实现无级变速，能保证小车精确位置移动。2.3运动机构焊接机器人运动机构的任务是携带焊接装置，移动到工件壁面上所需到达的任意位置。该机器人具备6个自由度，包括焊炬的X、Y、Z三个方向平动及转动姿态的调整。2.3.1爬行机构2.3.1.1移动方式目前移动机器人采用的移动机构类型主要有轮式、步行式和履带式三种。轮式具有移动平稳、机动性高和便于操作等优点，但是其着地面积小、
13、壁面适应性差；步行式能够在凹凸不平的地面上行走，可跨越台阶，具有良好的机动性，但存在运动间歇大、稳定性差等问题20。这两种移动机构都无法很好地满足焊接的实际要求。履带式能够在凹凸不平的地面上行走，稳定性好，且能够爬越较大斜坡，适合焊接现场需要。综合以上考虑，本论文所设计机器人采用履带式移动机构，由两个电机分别带动两个无轨道履带运动。2.3.1.2传动方式根据结构的需要，综合考虑性能成本等方面的原因，本论文选用了链传动作为履带前后轮传动方式。链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远。与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高。整个行走机构安装在车体两侧，由
14、主动链轮、行走轮、链条、可控永磁装置及链条张紧机构组成。可以在车体内部的一端安装动力部分，其输出分别带动车体两侧行走机构的主动链轮和行走轮，在车体内部的另一端安置行走轮轴，其两端安装链轮和行走轮。链轮带动两根封闭式的链条滚动，在两根链条之间的空隙处安装可控永磁铁装置，可控永磁铁装置随链条运动。在车体两侧的侧板下端装有磁悬浮构件，以增加吸附力。将车体放在导磁性材料的工件上，车体就可以吸附在上面，启动电机，车体即可在工件上爬行20-21。2.3.1.3吸附方式由于焊接机器人要求在壁面、球面、管道等曲面上爬行，所以运动机构必须具有较强的壁面适应能力和承载能力。目前爬壁机器人的吸附方式有三种：真空吸附
15、、磁吸附和推力吸附。由于焊接工件表面为导磁性材料，且凹凸不平，为了提高吸附力，所以本课题选用磁吸附法作为机器人吸附方式。2.3.1.4驱动方式本机器人系统是采用两轮独立驱动的双履带结构。可采用两台交流伺服电机分别作为两履带轮的驱动电机，驱动单元包括带有减速齿轮的交流电机、伺服放大器以及用作速度反馈的旋转光码盘，它们提供转动时所需要的转速和力矩。可以通过调节两履带轮的转速来控制车体的运行速度和转动角速度，使机器人能够按照所要求方向和速度移动，完成前进、后退、按曲率半径回转及原地转向等动作。2.3.2十字滑块在焊接中，要求焊接机器人的焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度运动，而仅凭履带式移动机器人
16、本体则难以实现实时、准确地运动轨迹控制，因而不能采用焊炬与轮式机器人本体相固接的机器人运动机构。为此，必须设计一种合理的机器人运动机构，能够在机器人本体运动的基础上实现对焊炬位置的精确控制。我们采用了在移动机器人本体上加装快速反应十字滑块，焊炬与十字滑块固接的方法，让焊接机器人本体在一定的误差范围内粗略跟踪焊缝，十字滑块实时准确的跟踪焊缝。2.4焊接系统由于全位置焊接的焊缝成形控制比较困难，不是所有的焊接方法都可以采用的，一般只有焊接能量输入较小的和熔滴以短路方式过渡的焊接方法才可以使用。本机器人系统采用CO2气体保护焊技术，焊接系统包括焊接电源，送丝机构，保护气体及焊炬保护器。232.5检测
17、与传感机构传感器结构如图2.4所示，这里传感器部分可以代表多个不同类型的传感器。信息处理部分包括信息加工、多传感器信息融合、传感信息与机器人信息的结合。图中虚线框内部分表示传感系统内容。 图2-2 传感器系统结构框图2.5.1图像传感系统本系统选用激光图像传感器来检测焊炬与焊缝中心位置的偏差。激光焊缝跟踪方法是一种以激光为主动光源的焊缝跟踪方法。24-252.6焊缝跟踪控制系统本文针对移动式焊接机器人设计了以PLC（可编程程序控制器）为核心的智能焊缝跟踪控制系统，此系统具有实时跟踪图2-3 爬行式智能焊接机器人系统2.7本章小结本章设计了焊接机器人的整体方案及系统各部分的硬件结构,，并对焊接小
18、车部分做了部分说明。整个焊接机器人系统主要由执行机构、焊接系统、检测系统与控制系统四个部分组成，本章各节分别对各部分的功能要求和方案选取进行了分析。第3章 焊接机器人焊接小车的组成与功能本文研究的焊接机器人为爬行式全位置焊机器人，其主要组成部分为运动机构、焊接系统、检测系统与控制系统，该章研究重点在于机器人形体和焊接小车的设计，接下来就对该部分进行说明。3.1 小车整体设计思路要求设计一种焊接小车，对焊接过程进行实时跟踪，同时保证焊接质量。对于焊接小车的选用有多种，爬行式全位置焊机器人轮式移动小车具有转向精度高、同步性好的优点，但因其只产生滚动摩擦力，牵引能力和负重能力均较弱;而全履带式小车在
19、转向时是依靠两侧履带运动速度差来实现的，但由于磁吸附式履带对工件工作面具有较强的吸附作用，所以要完全依靠履带的速度差来实现转向就比较勉强，对链轮、链条及磁钢均有不利的影响。而爬行式全位置焊机器人半履带小车，前驱动转向轮和履带与工件工作面之间既有静摩擦力、滑动摩擦力又有滚动摩擦力的生成，从而使小车具有较强的牵引能力和负重能力，小车转向方便灵活，适合在平整和不甚平整的工件工作面上工作。所以我们选用爬行式全位置焊机器人半履带小车。图3-1 履带式爬行机构3.2 小车组成该焊接小车是由行走机构、送丝机构、焊枪摆动、焊枪高度调节机构组成的。下面重点介绍各机构的工作原理及设计要点。 3.2.1 行走机构本
20、论文设计小车采用履带式移动方式，在小车后车身上安装两个交(直)流伺服电机，小车的后驱动依靠两个后交(直)流伺服电机单独驱动两根履带，具有较强的驱动力，双履带为小车左、右配置，从动链轮的芯轮轴置于可前后和上下移动的调节滑块和弹性悬架上，在小车体的前端两侧安装有前驱动转向轮，前交(直)流伺服电机、前减速器和转向步进电机均安装在小车体的电机座上。前轮既起转向作用又具有驱动功能，小车牵引力得到增强，能满足在小车负载较大时对牵引力的需求，转向精度高【1】。该履带式爬行焊接机器人爬行机构如图3.21所示。1-车体2-电机及其减速机构3-主动链轮4-行走轮5-行走轮轴6-传动链条7-链条之间的空隙8-可控永
21、磁铁装置9-链条张紧机构10-调节块11-调节螺杆12-固定块13-转动螺母14-万向节15-车体侧板16-磁悬浮构件17-构件主体18-圆柱形永久磁铁19-通孔20-磁性材料21-非磁性材料22-通孔23-链轮图3-2两轮独立驱动的双履带永磁吸附爬行机构示意图3.2.1.1十字滑块在焊接中，要求焊接机器人的焊炬必须精确地沿焊缝以恒定的焊接速度运动，而仅凭履带式移动机器人本体则难以实现实时、准确地运动轨迹控制，因而不能采用焊炬与轮式机器人本体相固接的机器人运动机构。为此，必须设计一种合理的机器人运动机构，能够在机器人本体运动的基础上实现对焊炬位置的精确控制。我们采用了在移动机器人本体上加装快速
22、反应十字滑块，焊炬与十字滑块固接的方法，让焊接机器人本体在一定的误差范围内粗略跟踪焊缝，十字滑块实时准确的跟踪焊缝。由于滑块的运动范围比较窄，必须使十字滑块和爬行机构有效配合起来才能完成对焊缝的精确跟踪，十字滑块分竖直和水平两个移动方向，在水平方向移动的十字滑块导轨上安装有4个接触式开关，把横向位置分5个区间，用来确定滑块的大概位置【2】。图3-3十字滑架机构示意图3.2.2 焊枪摆动焊枪的摆动机构主要由一个摆动中心传感器、一个高速步进电机驱动滑块机构及焊枪夹持机构组成。其性能的好坏，将直接影响焊缝的成形。根据焊接工艺要求，焊枪摆动到两端时必须有一定时间的停留，停留时间很短(一般为0.5s)。
23、摆动机构实际上是一个带间歇的往复直线运动的机构，采用高速电机驱动控制技术，此间歇是由电机控制实现的。摆动机构的传动原理如下:将高速步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，由于电机子口通过机座固定于行走小车上，故丝杠旋转而滑块通过丝杠螺母作轴向直线运动，焊枪夹持机构与滑块相连，从而实现焊枪的摆动运动。根据预先设定焊枪的摆幅士25mm，确定滑块的有效行程为60mm，摆速为0-200cm/min。3.2.3焊枪高度调节机构主要由一个步进电机驱动的滑块机构组成，该机构用于在高、低方向上调节焊枪，设计高度调节范围为50mm，位置精度为士0.5mm。43.3小车车体设计小车的后驱动依靠两个后交(直)流伺服电机
24、单独驱动两根履带，具有较强的驱动力，双履带为小车左、右配置，从动链轮的芯轮轴置于可前后和上下移动的调节滑块和弹性悬架上，前轮既起转向作用又具有驱动功能，小车牵引力得到增强，能满足在小车负载较大时对牵引力的需求，转向精度高;依靠永磁磁钢、扼铁与被焊工件间形成强磁路所构成的吸附磁路吸附在所需焊接的钢构件上。小车由控制电路发出信号控制交(直)流伺服电机和转向步进电机，从而完成焊缝轨迹自动跟踪。以下为小车结构示意图。图3-4为小车的结构示意图1. 前交(直)流伺服电机；2. 转向步进电机；3. 前减速器；4. 前减速器输出轴；5. 电机座；6. 转向器；7. 车体；8.9. 前磁钢；10. 主动锥齿轮
25、；11. 被动锥齿轮；12. 后行走支撑轮；13. 链条；14. 展带磁钢；15. 小车体的支架；16. 调节滑块；17. 弹性悬架；18. 调节螺栓；19.前联轴器；焊接小车包括小车体7，在小车体7的前端两侧安装有前驱动转向轮20,前交(直)流伺服电机1、前减速器3和转向步进电机2均安装在小车体7的电机座5上，前交(直)流伺服电机1的输出轴与前减速器2输入端直接相连， 10固定在前减速器3的输出轴4上，被动锥齿轮11与主动锥齿轮10啮合传动，被动锥齿轮11固定在前差速器24壳体上，前驱动内半轴25的一端固定在前差速器24内的半轴锥齿轮上，另一端通过万向节与前驱动外半轴28连接，前驱动外半轴2
26、8通过轮盖41与前驱动转向轮20连接，并将转距递给前驱动转向轮20，前差速器24内的一对半轴锥齿轮与一对行星锥齿轮啮合;转向步进电机2通过前联轴器”接转向器6内的转向齿轮，转向齿轮与转向齿条啮合，转向齿条两端与左右转向连杆23连接，转向拉杆23的两端均与转向节支架22的一端活动连接，转向节支架22的另一端与转向节21固定在一起，在小车体7前端两侧固定有前梁26，转向节21的一端通过转向主销27活动安装在前梁26上，另一端套在前驱动转向轮28的轴承中;在小车体7内中后部并排安装有两个后交(直)流伺服电机30和两个后减速器31,后减速器31通过后联轴器32接蜗轮一蜗杆减速器33，后驱动半轴34一端
27、接蜗轮一蜗杆减速器33的蜗轮，另一端接后链轮芯轮36，后链轮35与后行走支撑轮12固定在后链轮芯轮36上，前行走支撑轮37和前链轮39固定在前链轮芯轮上38,链条13将前链轮39和后链轮35连接在一起，在链条13上设置有展带磁钢14。传动轴40一端安装在小车体7上，另一端安装在前链轮芯轮上38的中间轴承上。 前链轮”通过前链轮芯轮上38、芯轮轴40安装在前后调节滑块16和弹性悬架17上，调节滑块16依靠调节螺栓18可前后移动，就能保证链条13有合适的张紧度，在调节滑块16上又设置有弹性悬架17，弹性悬架17上有弹性装置，前链轮39能依靠弹性装置上、下移动，从而使前链轮39能在不甚平整的工件工作
28、面上作上、下移动，既保证展带磁钢14始终与工作面有良好的接触.在小车体7的底部前端安装有前磁钢9，在前磁钢9的上方安装有抚铁8,在小车体7的支架15后端安装有附加磁钢29,图3-5为图3-4的俯视图20. 前驱动转向轮；21. 转向节；22. 转向节支架；23. 转向拉杆；24. 前减速器；25. 前驱动内半轴；26. 前梁；27. 转向主销；28. 前驱动转向轮；29. 附加磁钢；30. 后交(直)流伺服电机；31. 后减速器；32.后联轴器；33. 蜗轮一蜗杆减速器；34.后驱动半轴；35.后链轮；36.后链轮芯轮；37.前行走支撑轮；38.前链轮芯轮；39.前链轮；40.芯轮轴考虑整体结
29、构必须轻巧，且小车应耐碰撞，采用铝合金材料【2】。3.3.1履带驱动部分:交(直)流伺服电机31输出的转距通过后减速器32,，后联轴器33输送到蜗轮一蜗杆减速器34，经减速并增大转距后输送与蜗轮连接的后驱动半轴35及固定在后驱动半轴35的后链轮芯轮37上，再由后链轮芯轮37两侧的后链轮36,链条13驱动前链轮40运动，于是由链条13,履带磁钢14、前行走支撑轮38、后行走支撑轮12组成的履带便可以行走。由于两个后行走支撑轮12由两个交(直)流伺服电机31分别驱动，展带运动速度可根据控制电机转速而变化，并且能有不同的运动速度。3.3.2前轮驱动部分:前驱动转向轮20由前交(直)流伺服电机1经前减
30、速器3减速，再通过主动锥齿轮10、被动锥齿轮11减速并将垂直方向转距转变为水平方向转距，再通过前减速器24、前驱动内半轴25、前驱动外半轴28将转距传递给前驱动转向轮20。3.3.3转向部分:转向步进电机2的角位移通过前联轴器19传递给转向器6，由转向器6的转向齿轮与转向齿条机构将此角位移转变为转向连杆23的水平运动，通过转向节支架22、转向节21使前驱动转向轮20偏转所需的角度，达到预期的转向效【1】。3.4本章小结 本章着重设计焊接机器人焊接小车部分及焊枪摆动机构，对小车车体组成和各部分结构功能进行了说明和分析。第4章 焊接系统中的送丝机构4.1送丝机构组成一般可分为两轮送丝机构和四轮送丝
31、机构，考虑传动效率高，送丝力大，我们采用四轮送丝机构，该机构主要由送丝电机、压紧机构、焊丝导向管等组成。4.2 送丝机构原理工作原理：送丝电机驱动主送丝轮及其主齿轮旋转，通过主、从动齿轮啮合传到压紧轮上，焊丝经导向管从两轮之间通过，使进入焊枪的焊丝被修整的比较直，以便在焊接过程中不会出现卡丝现象【1】。其组成图如下图4-1 S86A送丝机构直流送丝电机的转速一般在3000转/分以上，送丝速度一般在1. 5-18米/分，通常减速比在1/25左右，为减小机构体积，一般的送丝机构多采用蜗轮、蜗杆传动.而本送丝机构根据负荷情况大胆采用了全齿轮传动，部分齿轮以工程塑料为材料，既提高了传动效率，又降低噪音
32、，同时最后一级输出轴齿轮和送丝轮的传动，采用升速传动，使送丝轮的受力合理，输出轴齿轮寿命增加.4.3送丝轮结构分析和尺寸计算根据焊丝的不同直径将送丝轮分组，不同规格的焊丝配备相应的送丝轮，这样既保证了焊丝从进丝嘴到出丝嘴的直线性，又能保证送丝轮齿轮的啮合中心距。4.31 送丝轮的结构型式和径间尺寸送丝轮和送丝轮齿轮设计成一体，这样有两个好处:a.能更好的保证送丝轮和送丝轮齿轮的同心度，减少径向跳动，提高送丝的稳定性.b.既能保证齿轮的啮合中心距，又能保证压紧焊丝的同时，送丝轮留有一定的备磨量.送丝轮槽的形式有60V型槽和“U型槽两种，这是因为:a.实心焊丝本身强度，硬度高，不易变形，可用较大的
33、压紧力得到相应的送丝力，因而用“V型槽;b药芯焊丝相对实心焊丝强度，硬度较差，应使用“U型槽，这样不至于把焊丝压变形，影响送丝，又能承受较大的压紧力而获得较大的送丝力。送丝轮齿轮(见图4-2)图4-2 送丝轮送丝轮的径向尺寸:模数m=1. 25z=24中心距A=30齿轮分度图直径d=30送丝轮直径29.75+0.15 +0.130一29.75=0.25在两齿轮正确啮合时，两送丝轮之间的距离为0.25(见图4-3)图4-3两丝轮啮合4.4关于送丝轮槽轴向尺寸和装配后轮槽轴向尺寸的分析为了保证送丝时焊丝的直线性，四个送丝轮的送丝轮槽必须在同一平面内.从图可知，四个送丝轮有两个是装在送丝结构底座上，
34、另外两个分别装在送丝轮上架1和送丝轮上架。装在送丝结构底座上的送丝轮见图4-4.如图示，影响轮槽偏移的尺寸有37.5士0.05，12士0.05，25.5士0.03，则构成尺寸链.轮槽最大偏移量的公称尺寸:37.5-25.5-12=0其公差= =0.154故两轮槽最大偏移量为0+0.154 。图4-4装在送丝结构底座上的送丝轮故两轮槽最大偏移量为0+0.154 .现在分析装在送丝轮架上的两个送丝轮的情况，见图4-5.装在轮架I上的送丝轮影响其沟槽的轴向尺寸的尺寸有:10.029士0.029，12士0.05结构底座上的尺寸有:9.957士0.018，37，5士0.05首先计算轮架I对中心的偏移量公
35、称尺寸:10.029-9.957=0.072= =0.068因为是轮架I对中心的偏移，故取一半，其值为0.036+0.034送丝轮装在轮架上，尺寸12士0.05，37.5士0.05均对轮槽尺寸有影响，但其尺寸基准均为中心，对送丝槽总的影响为。=0.158同理可计算送丝轮架上送丝轮槽的位移量。因四个送丝轮的送丝轮槽位移的计算都是以37.5士0.05的中心平面为基准，各个轮槽的位移相互间没有影响，所以，四个送丝轮的送丝轮槽中心位移分别为:0.153、0.153、0.158、0.172.图4-5 装在送丝轮架上的两个送丝轮在送丝时，为防止轮槽中心位移的误差过大，留有预留间隙，来自动进行校正、补偿.从
36、图4-3可知:送丝轮总宽18士0.03 定距套 16士0.03 轴肩宽 2.5士0.025送丝轮轴向间隙公称尺寸=2.5+16-18 =0.5公差 =士0.049 即0.50.049。此预留间隙足以消除四个送丝轮由于制造误差引起的送丝轮槽轴向位移，确保送丝时焊丝的直线性.对导丝嘴和出丝嘴根据不同直径的焊丝进行分组，这样可使焊丝顺利地进人送丝轮槽并送出.如送0.8的焊丝时，出丝嘴过大或过小都容易使焊丝被卡死;而送2.0的焊丝时若间隙不当，又会降低送丝力.因此，不同直径的焊丝配用相应规格的导丝嘴，出丝嘴就避免了这些现象的发生.4.5 本章小结 本章对焊接机器人系统中的送丝机构做了系统分析，介绍了其
37、原理及组成，并对部分部件（送丝轮及其轮轴）做了设计和计算。第5章 结论5.1全文总结本论文研究了一种应用于焊缝自动跟踪的全位置爬行式焊接机器人系统，通过履带式爬行焊接机器人的整体设计，来满足焊缝跟踪系统运动机构、焊接系统、检测系统与控制系统四个组成部分的功能，能与通用的CO2气体保护焊机等焊接设备配套使用，替代焊接工人去完成繁重、有害的焊接操作，降低生产作业劳动强度，提高焊接工作质量。现将本文所做的工作总结如下：（1） 设计了一种采用履带式爬行机构的全位置焊接机器人系统，详细地阐述了系统的组成和工作原理。该系统由爬行机构、焊接系统、视觉跟踪系统及控制系统组成.（2） 设计焊接机器人焊接小车部分
38、及焊枪摆动机构，对小车车体组成和各部分结构功能进行了说明和分析。(3) 对焊接机器人系统中的送丝机构做了系统分析，介绍了其原理及组成，并对部分部件（送丝轮及其轮轴）做了设计和计算。5.2后续工作展望本文对于履带式爬行焊接机器人焊接小车部分和送丝系统做了相应分析和设计，但由于查找资料的不足和知识水平有限，加上实验设备不完善，在设计过程中还有不足，还需从以下方面完善设计：（1） 本文设计小车选用履带式，应对履带型号选择做进一步说明。（2） 所设计送丝机构是在CO2保护焊条件下工作，应对送丝机构进行相关实验。（3） 本文设计焊接小车的机构形体并对其进行了分析，但由于学校实验条件有限未对小车在焊缝自动
39、跟踪中进行实验。致谢本论文是在XXX老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，姚老师渊博的学识、严谨求实的治学态度、勤奋认真的工作作风和诲人不倦的敬业精神，都使学生受益匪浅、终身难忘。老师淡薄名利、宽厚幽默的人格魅力更是潜移默化的影响着我的人生观。在此，我谨向尊敬姚老师致以崇高的敬意和深深的谢意！“桃李不言，下自成溪”，学生唯有以不断的努力来回报恩师的厚爱。在大学就学期间，还得到了各科任课老师、班主任、等老师的指导和帮助，在此深表谢意！我还要感谢班级里一起学习游戏的兄弟们。谢谢你们大学期间给我带来的欢乐，我会永远记得大家一起疯一起玩的日子。最后要特别感谢我的父母和亲人，感谢父母多年的养育和教诲，在学习
40、上给予我一如既往的支持和鼓励，在生活上给予我无微不至的关怀和照顾，在精神上给予我努力前进的动力，我取得的每一点进步都离不开他们的支持。参考文献1林尚扬，陈善本，李成桐焊接机器人及其应用M北京：机械工业出版社，20002郑国云移动机器人角焊缝轨迹跟踪仿真及智能控制系统C南昌大学硕士论文，20053潘际銮现代弧焊控制在爬行式全位置弧焊机器人中的应用研究J河北科技大学学报，2007，28(1)：14 4张柯，吕学勤，吴毅雄等移动焊接机器人自寻迹坡口特征模型的建立J材料科学与工艺，2004，增刊：35385潘际銮现代弧焊控制M北京：机械工业出版社，20006Paul Drews,Gunther Sta
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