《焊接机械手可行性分析报告》
一﹑概述
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。

机械手涉及到机械学、力学、自动控制技术、电器液压技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

焊接机械手也是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

机械手的快速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：一、它能部分的代替人工操作；二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、位置和时间来完成工件的传送与装卸；三、它能操作必要的工具进行装配和焊接，从而大大的改善了作业员的劳动条件，提高了劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。

因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。

尤其是在高温、高压、噪音、粉尘以及带有放射性和污染的场合，应用更为广泛。

在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。

机械手是一种能自动控制并可重新编程以变动的多功能机器，它有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性比较强。

但随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。

由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中大批量生产中获得广泛的应用。

二、本项目在国内外研究、开发、应用和维护现状
机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，当前对机器人技术的研究十分活跃。

我国有组织有计划地发展机器人事业．应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。

经过十几年来的研制、生产、和应用，有了长足的进步。

目前在一些方面，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，已掌握了机器人的设计制造技术，解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制等关键技术；还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。

中国工业机器人现在的总装机量约为1200台，其中国产机器人占有量约为1/3，即400多台。

与世界机器人总装机台数75万台相比，中国总装机量仅占万分之十六。

对中国这样一个12亿人口的大国来说，差距是很明显的。

装机数量少，说明了我国的工业化程度与工业发达国家的差距大。

因为工业机器人的诞生和应用发展是以工业生产高度自动化和柔性化为大背景的。

除数量外，差距还表现在已有的机器人的利用率不高，以进口的弧焊机器人为例，据调查，完全正常运转，充分发挥效益效益的只占1/3；另外1/3处于负荷不满或不能安全正常运转状态，原因是生产管理及使用维护存在不合理现象或问题；还有1/3不能正常使用，这是由于机器人质量问题或缺乏备件，以及请不起外方维修人员造成的。

机器人应用效果不理想，直接影响了用户使用更多机器人的信心。

总的来看，我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外的相比还有一定的距离，无论从机器人的数量上还是技术上，我们都有一定的差距。

进入新世纪以后，国际竞争日益激烈，对机器人的需求越来越大，我国的机器人产业将面临新的发展机遇和来自国外的挑战，因此我们需要自主发展机器人高技术，解决产业化前期的关键技术。

积极推进我国的机器人产业化的进程。

从目前国内外研究现状来看，焊接机器人技术研究主要集中在焊缝跟踪技术、离线编程与路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、
焊接机器人系统仿真技术、机器人用焊接工艺方法、遥控焊接技术等七个方面。

三、项目设计的方案论证
本次设计的焊接机械手由执行机构、驱动系统、控制系统、位置检测装置等组成。

执行机构
由手部、手腕、手臂、底座组成，其中手部部分为焊枪。

驱动方式的选择
根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类[2]。

1. 液压机器人:输出力大，传动平稳。

2.气压机器人:气源方便，输出力小，气压传动速度快，结构简单，成本低。

但工作不太平稳，冲击
大。

3.电动式机器人:电力驱动是目前机器人使用的最多的一种驱动方式，其特点是电源方便，响应快，
驱动力较大，信号检测，传递，处理方便，可以采用多种灵活的控制方案。

驱动电机一般采用交流伺服电机，直流伺服电机，步进电机。

由于电机速度高，通常还须采用减速机构(如谐波减速器、轮系减速机构、滚珠丝杠和多杆机构)。

目前也有一些用特制电机直接进行驱动，以简化机构，提高控制精度。

4.机械式机器人:工作可靠，动作频率高，结构简单，成本低。

但动作固定不可变。

控制系统的选择
本次设计的自动焊接机械手为第一代机器人，主要以“示教—再现”工作方式，控制方式选用可编程逻辑控制器PLC控制；
位置检测装置
本次设计的自动焊接机械手需具备完整的内部传感器，用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环伺服控制提供反馈信息。

本次转动机构采用常用的光电码盘（既可以用于角度检测又可以用于速度检测）做为内部传感器。

四、项目设计方案的可行性论证
1、根据焊接机械手的要求，查找国内外机械手研究现状和资料，并完成总体方案的设计；
2、根据机构运动要求，完成焊接机械手转动机构传动系统设计，包括传动方案及传动系统原理图；
3、用绘图软件完成控制系统原理图设计与绘制，并编制PLC控制程序；
4、熟悉Altium Designer等电路设计软件，利用相关软件完成焊接机械手转动机构控制系统电路图
和接线图设计；
5、研究国内外机器人编程技术，掌握机器人示教系统组成、示教内容、示教方法及程序分析；
6、以发那科机器人操作系统为案例，掌握其指令的使用方法,做出其直线、圆弧、摆动作业程序，并
完成典型零件焊接操作程序编制。

7、用PROE动机械手中“臂”机构三维模型，并进行运动仿真。

8、根据仿真后的结果，进行具体实验，测试并校核真实情况下的强度运动能否达到要求。

五、结论及项目方案实施的展望
随着数字化技术日益成熟。

代表自动化焊接技术的数字焊机﹑数字化控制技术业已面世并已稳步的进入市场。

三峡工程﹑西气东输工程﹑航天工程﹑船舶工程等国家大型基础工程，有力的促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。

汽车及零部件的制造对焊接的自动化程度要求日新月异。

我国焊接产业逐步走
向＂高效﹑自动化﹑智能化＂。

目前我国的焊接自动化率还不足30%，同发达国家的近80%差距甚远。

从20世纪末国家逐渐在各个行业推广自动焊的的基础焊接方式——气体保护焊,来取代传统的手工电弧焊,现已出具成效。

可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。