数控锡丝焊接机结构设计方案说明书--毕业论文.doc

分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕业设计(论文)数控锡丝焊接机结构设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级08机自4班姓 名裴海升学 号08141010415指导老师朱火美 贾建军 2012年 3 月 31 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文数控锡丝焊接机结构设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要 随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如PCB板数控锡丝焊接机、大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，数控锡丝焊接机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将数控锡丝焊接机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。因此数控锡丝焊接机的设计对于解决这一难题至关重要。 本课题主要完成数控锡丝焊接机运动学的逆解、车体的总体设计、电机的选择等方面。完成对整个数控锡丝焊接机的总体设计。通过对小车的受力分析完成对车轮、车体的设计。根据实际操作中遇到的问题对完成对电机的选择。最后对所选的齿轮进行校核，使之能完成具体的操作要求。关键词：焊接技术 机构设计 运动学逆解 强度校核 Abstract With the development of industrial level, it is important to large-scale structure of the application of welding more and more, including a large number of welding operations must be at the scene, such as robot welding corrugated containers, large ship cabin, the deck of the welding, a large spherical tank (tank), such as welding. These welding occasion, the welding robot to adapt to changes in weld, welding can be done to improve the level of automation. There is no doubt that technology and robot seam tracking technology to effectively solve large-scale structure of the automation field welding problems. The main subject of the completion the robot inverse kinematics solution, the body design, the choice of motor and so on. The main robot inverse kinematics from the perspective of a cycle through the end of the known actuator position posture against the solution of the coordinates of the joints, and then completed the whole set up of the robot. Force analysis of the completed car wheels, car body design. According to the actual problems encountered in the operation of the completion of the motor choice. Finally, the gear selected for verification, so that it can complete the specific operating requirements.Key Words: Robot technology The goes against solution Intensity is proofreadedV 目 录摘 要IIIAbstractIV目 录V第一章 绪论11.1 选题的依据及意义11.1.1 选题的依据11.1.2 选题的意义11.2 研究现状及发展趋势21.2.1 移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势21.2.2 数控锡丝焊接机机构设计的研究现状及发展趋势31.2.3 运动学分析的常用方法31.3 本课题的研究设计内容及方法41.3.2 数控锡丝焊接机结构设计5第二章 数控锡丝焊接机构总体设计62.1工业机器人机械臂概述62.2机械臂设计原理62.3 导向杆手臂机构的选用要点62.4 方案讨论72.5 本章小结7第三章 数控锡丝焊接机结构设计83.1 小车行走结构设计83.1.1 车体结构方案的比较与选择83.1.2 小车驱动电机功率的确定93.1.3 齿轮、齿条传动的校核113.4 其他部位结构设计143.4.1齿轮间隙的调整机构143.4.2驱动器的选择153.4.3关节设计153.4.4连杆结构的选择163.4.5腰部结构设计163.4.6整体结构设计173.5 本章小结17总结与展望18致 谢19参 考 文 献20第一章 绪论第一章 绪论1.1 选题的依据及意义1.1.1 选题的依据PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。针对PCB板焊接自动化水平低的现状：目前用于焊接PCB板自动焊专机，我国的PCB研制工作始于1956年，1963-1978年，逐步扩大形成PCB产业。改革开放后20多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板 和多层板均获得快速发展，国内PCB产业由小到大逐步发展起来。中国由于下游产业的集中及劳动力土地成本相对较低，成为发展势头最为强劲的区域。2002 年，成为第三大PCB产出国。2003年，PCB产值和进出口额均超过60亿美元，首度超越美国，成为世界第二大PCB产出国，产值的比例也由2000年 的8.54%提升到15.30%，提升了近1倍。2006年中国已经取代日本，成为全球产值最大的PCB生产基地和技术发展最活跃的国家。我国PCB产业近年来保持着20%左右的高速增长，远远高于全球PCB行业的增长速度。 从产量构成来看，中国PCB产业的主要产品已经由单面板、双面板转向多层板，而且正在从46层向68层以上提升。随着多层板、HDI板、柔性板的快速增长，我国的PCB产业结构正在逐步得到优化和改善。然而，虽然我国PCB产业取得长足进步，但目前与先进国家相比还有较大差距，未来仍有很大的改 进和提升空间。首先，我国进入PCB行业较晚，没有专门的PCB研发机构，在一些新型技术研发能力上与国外厂商有较大差距。其次，从产品结构上来看，仍然 以中、低层板生产为主，虽然FPC、HDI等增长很快，但由于基数小，所占比例仍然不高。再次，我国PCB生产设备大部分依赖进口，部分核心原材料也只能依靠进口，产业链的不完整也阻碍了国内PCB系列企业的发展脚步。1.1.2 选题的意义通过完成该课题，即设计出PCB板数控锡丝焊接机及对其进行运动学分析，能够解决在焊接过程中焊枪不能随波形的变化调整与焊枪速度的夹角这个问题，使得在直线段与在波内斜边段焊接时，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高PCB板的生产质量。1.2 研究现状及发展趋势这里的研究现状及发展趋势包括三个方面：前面也提到这里的PCB板三自由度数控锡丝焊接机（为移动数控锡丝焊接机）是为提高焊接自动化水平的，故这里为移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势；关于结构设计方面的研究现状及发展趋势；关于运动学分析的常用方法5。1.2.1 移动数控锡丝焊接机的研究现状及发展趋势这里所设计的移动数控锡丝焊接机为有轨移动数控锡丝焊接机，只是现有的移动数控锡丝焊接机技术在PCB板焊接中的应用，是该领域的焊接自动化水平低的缘故，而当前的移动数控锡丝焊接机技术有相当的发展。随着工业水平的发展,重要的大型焊接结构件的应用越来越多,其中大量的焊接工作必须在现场作业,如大型舰船舱体、甲板的焊接、大型球罐(储罐)的焊接等。而这些焊接场合下，数控锡丝焊接机要适应焊缝的变化，才能做到提高焊接自动化的水平。无疑,将数控锡丝焊接机技术和焊缝跟踪技术结合将有效地解决大型结构件野外作业的自动化焊接难题。当前国内外在移动数控锡丝焊接机方向研制的几个典型移动数控锡丝焊接机如下：(1) 韩国Pukyong国立大学的Kam B O 等研制的舱体格子形构件焊接移动数控锡丝焊接机这种数控锡丝焊接机能够在人比较难以达到的狭窄空间自主地实现焊接过程,能够自动寻找焊缝的起始点。在遇到格子框架的拐角焊缝时,在保证焊接速度不变且焊炬准确对准焊缝的情况下,能够自动调整数控锡丝焊接机本体和十字滑块的位置4。(2) 日本庆应大学学者 Suga 等为平面薄板焊接研制的自主性移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机能够直线前进,还可以利用两个轮的差速控制小车的转弯,它装焊枪的臂可以伸缩，可以检测焊缝的位置并精确的识别焊缝的形状,如是直线焊缝、曲线焊缝、还是折线焊缝等5。(3) 日本庆应大学学者 Suga 等研制了管道焊接自主移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机可以沿着管道移动 ,根据 CCD 摄取的图象信息,在焊前可以自动寻找并识别焊缝,然后使数控锡丝焊接机本体沿管道方向移动达到正确的焊接位置5。(4) 清华大学机械工程系与北京石油化工学院装备技术研究所联合研制的球罐磁吸附轮式移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机的焊炬跟踪精度可达0.5mm,能够满足实际工程应用3。(5) 上海交通大学研制的具有自寻迹功能的焊接移动数控锡丝焊接机该数控锡丝焊接机在焊前,小车能够自动寻找焊缝并经过轨迹推算后自动调整小车本体和焊炬的位姿到待焊状态；在焊接过程中能够进行横向大范围的实时焊缝跟踪8。当前绝大多数移动数控锡丝焊接机还能焊缝跟踪,焊前必须通过人为的方式,把数控锡丝焊接机放到坡口附近合适的位置,并且通过手动将数控锡丝焊接机本体、十字滑块等调整到合适的待焊状态 ,也就是说数控锡丝焊接机的自主性还很低,基本上还不具有自主的运动规划能力。未来的发展趋势为三个方面：选择视觉传感器来进行传感跟踪，因为与图象处理方面相关的技术得到发展；采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务；由于控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展，这也将是移动数控锡丝焊接机的控制所采用。1.2.2 数控锡丝焊接机机构设计的研究现状及发展趋势在当前，数控锡丝焊接机的机构设计绝大部分还是采用依据具体的情况来设计专用数控锡丝焊接机，称之为固定结构的传统数控锡丝焊接机，其运动特性使特定数控锡丝焊接机仅能适应一定的范围,不利于数控锡丝焊接机的发展。解决这一问题的方法就是利用关节模块和连杆模块,根据具体的要求开发可重构数控锡丝焊接机系统。下面为当前一些人所做的研究：(1) Benhabib等人建立的数控锡丝焊接机库,将模块分成模块单元连接器、连杆模块、主关节模块和末端关节模块四类13；(2) 1999年DanielaRus等提出了一种由晶体结构“分子”组成的可自重构数控锡丝焊接机系统13；(3) 上海交通大学的费燕琼和沈阳航空工业学院的张艳丽等对模块化数控锡丝焊接机的构形设计进行了研究13。1.2.3 运动学分析的常用方法 数控锡丝焊接机逆运动学问题在数控锡丝焊接机运动学、动力学及控制中占有非常重要的地位，直接影响着控制的快速性与准确性。逆运动学问题就是根据已知的末端执行器的位姿(位置和姿态)，求解相应的关节变量。目前数控锡丝焊接机运动学逆解方法有三种：(1) 以手臂的精确的几何模型为前提研究求解运动学方程的方法（几何法）。该法只能用于特定结构的数控锡丝焊接机。(2) 通常在假设数控锡丝焊接机的雅可比矩阵已知的前提下，利用其逆矩阵来求解逆运动学（齐次变换法）。(3) 智能求解方法。该方法典型的有：基于学习的算法和神经网络算法；基于扩散方程的学习算法。1.3 本课题的研究设计内容及方法本课题所涉及的内容主要是两块，分别为关于PCB板三自由度数控锡丝焊接机机构的运动学分析，该数控锡丝焊接机车体结构的设计。1.3.1 三自由度数控锡丝焊接机机构运动学分析(1) 机构方案根据实际的PCB板的焊接条件，我们采用三个运动关节的数控锡丝焊接机：左右平移的数控锡丝焊接机本体1、上下平移的十字滑块2和做摆动运动的末端效应器3（如图1.2）。图 1.2 三自由度数控锡丝焊接机关节模型（俯视图）(2) 证明该方案能够求出三个关节的运动学逆解，并且该解满足一定的约束，能够有效的解决在PCB板在直线段中焊接的焊缝成形与在波内斜边段中焊接的焊缝成形不一致。(3) 所要解决的问题熟悉运动学逆解的方法、建立运动学模型、找出变换关系、逆解。(4) 方法齐次坐标变换方法。1.3.2 数控锡丝焊接机结构设计由于在这里借用了一个现成的运动关节上下平移的十字滑块，故这里所做的设计主要为小车行走机构（即左右平移的数控锡丝焊接机本体1）。所要解决的问题及任务：小车行走机构：车体结构方案的确定，驱动电机功率的估计，驱动电机的选择传动的校核。其它：摆动关节电机的选择等。19第二章 数控锡丝焊接机运动学分析第二章 数控锡丝焊接机构总体设计2.1工业机器人机械臂概述随着科技的发展人类的生活也向自动化靠拢，作为自动化中不可缺少的机器人渐渐地融入我们的生活，成为我们生活中不可缺少的一部分。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，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。在自动化生产领域中，工业机械人是近几十年发展起来的，而工业机器人的各个部件也随之发展。工业机械臂的是从工业机器人中分支出来的。机械臂是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。手臂机构是工业机器人间接与工件、工具等接触的部件，它能帮助手爪完成人手的部分功能。手臂以辅助手爪为主，并且承受手爪的全部重量，包括手爪抓取重物后重物的质量。目前，根据被抓区工件、工具等的重量 、所要到达的位置等，现有的机械臂有导向杆导向式和燕尾槽导向式两种。也有少数的特殊形式。2.2机械臂设计原理机械臂的设计原理是以人的手臂为基础，以机械拉伸和收缩来实现人的动作，它的动作由以下两部分来实现：手臂轴向的伸长、手臂总体的以末端为支点的俯仰动作。工业机械手臂的结构是基于模组块系统上的，模组块系统适合于提高移动的速度或特殊类型的工作。在设计上考虑维修的简单性。维修的人员需要具备一定的资格，应能处理一般的机械设备的问题或通常液压件的安装。2.3 导向杆手臂机构的选用要点由于工业生产中导向杆机械臂的应用较为广泛，因此本设计着重对导向杆机械臂机构进行研究。1. 应具有足够的推拉力 机器人的手臂机构靠液压缸的液压力实现手部结构的伸缩和升降，便把工件从一个位置移动到另一个位置，由于工件本身的重量以及移动过程中产生的惯性力和振动等，液压缸必须具有足够大的液压力，才能防止工件在移动过程中摆动。一般要求液压力N为工件以及手臂重量的23倍。2. 应具有足够的俯仰角 手臂为了实现升降以及伸缩，必须具有足够大的俯仰角度来适应较大的移动范围，对于移动式手部要有足够大的移动范围。3. 应能保证工件的可靠定位 为了使工件、工具与目的地保持准确的相对位置，必须根据要求的目的地，选用相对应的液压缸来定位。4. 应具有足够的强度和刚度 手臂除了受到工件、工具的重量，还要受到液压缸本身的重量，还受到机器人手不在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度会发生折断或弯曲变形，因此对于受力较大的手臂应进行必要的强度、刚度计算。5. 应适应被抓取对象的要求 为了适应工件的载荷，可以选用V型、燕尾型、园柱导向杆型的导轨。6. 尽可能具有一定的通用性 手臂一般专用性较强，在可能的情况下，应考虑到产品零件的变换。为适应不同形状和尺寸的要求，可将手臂制成组合式结构，迅速更换不同的手臂部件及附件来扩大手臂机构的使用范围。也可在设计时适当选取其结构尺寸和参数以扩大其使用范围。2.4 方案讨论导向杆制造工艺性、导向性好，可以承受较大的轴向力，且其适用场合是轻型机械；燕尾槽导向的导轨尺寸紧凑，用镶条调整见习 ，比较方便，但是制造比较复杂，磨损不能自动补偿，且一般用于高度小的部件中；V型导轨有利于排屑，但不易保存润滑油，而且一般用于低速。本设计做的是工业机器人机械臂设计，而工业机器人体现的就是快速性以及准确性，所以工业机器人都是轻型为主。综合以上情况，该设计选用导向杆导向。2.5 本章小结本章主要介绍数控锡丝焊接机结构机械臂的机械结构方案的设计及方案的选择和确定。第三章 数控锡丝焊接机结构设计第三章 数控锡丝焊接机结构设计3.1 小车行走结构设计这里主要是做了三方面的工作：对小车行走机构的结构方案的比较与选择；对电机功率的估计并选择出小车的驱动电机；对根据结构设计的齿轮、齿条传动的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度校核。3.1.1 车体结构方案的比较与选择根据一些移动数控锡丝焊接机本体设计的研究文献及直动关节的知识可获得两个车体结构方案。这两个方案的示意图如图所示：方案1：其中传动顺序为：电机齿轮箱车轮轴上齿轮（通过车轮轴）驱动轮。这也是在移动数控锡丝焊接机本体结构设计上较为常用的一种车体结构方案，布置比较对称合理。方案2：其中传动顺序为：电机圆柱齿轮固定齿条（通过反推动）车体结构。这里的设计有借鉴将旋转运动转化为直线运动里有齿轮、齿条这么一种传动方式，结构比较简单，设计比较容易。方案间的比较：表1 两车体机构方案的比较方案比较方案1方案2设计方面较复杂较简单结构方面稍复杂稍简单布置方面对称点有点偏移效率方面较低较高精度方面高稍差用材方面一般有长齿条根据实际的工作条件：希望设计能够比较简单，结构比较简单，焊接小车的移动效率高一点，精度要求并不是很高，。故可从表1可选择出方案2作为该小车的设计结构方案。3.1.2 小车驱动电机功率的确定(1) 电机功率的估计根据数控锡丝焊接机的重量、小车运行速度、轮胎直径来确定驱动电机的功率。假定小车在轨道上行走，不考虑小车行驶中的空气阻力，分析小车的受力情况，以便估计小车所需的驱动力矩。此时，应把轮胎看成一个弹性体来考虑。前面也提到了，在这里，由于电机的驱动是通过齿轮、齿条的啮合来驱动，故该小车的四轮都为从动轮。这里先分析车轮的受力情况：图3.1 车轮受力简图假设在运动过程中，轮子做纯滚动。设小车运动时的加速度为，相应的车轮角加速度为。根据可推得： 其中v为小车速度，w为车轮角速度，r为车轮的半径。图3.1画出了该小车的车轮在运动过程中的受力简图，图中P车轮上的载荷，m 车轮的质量，N地面对车轮的法向反作用力，U为车轮的切向反作用力，X车轮轴的车轮的推力。根据平衡条件有 （3.1） （3.2）为车轮滚动阻力矩，其值为；J为车轮的转动惯量。根据式（3.1）、（3.2）有 （3.3）由此可知，推动车轮前进要克服两种阻力，即车轮的滚动阻力和车轮的加速阻力。而后者又由平移质量产生的加速阻力和由旋转质量产生的加速阻力所组成。齿轮、齿条传动作为该小车的驱动机构，故驱动力矩设为， 进而可将理解为小车的实际驱动力，为齿轮的半径。故以小车车体做分析对象，在水平方向上，应用牛顿第二定律可得： （3.4）其中为数控锡丝焊接机总质量。将式（3.4）中的X带入上式得； （3.5）由上式可得出结论为：小车的驱动力用来克服车轮的滚动阻力和数控锡丝焊接机的平移质量的加速阻力和车轮的旋转阻力。可根据式（3.5）粗估出驱动力矩：其中：车轮半径 ，（查理论力学 P120 表5.2 滚动摩阻系数。），； 估为40kg ,车轮质量估计为0.8kg ,J估计为，N；由于这里的焊接速度为，故可一定程度上估出。将上述数据带入式（3.5）得： 进而根据要求的运行速度为v ,初步确定电机的功率P： （3.6）其中：K为估计系数，考虑到该数控锡丝焊接机其上的关节的运动，可取为5。解之得：P =645w(2) 电机的选择前面已初步估计出了驱动力矩，电机的功率。在实际的操作中，数控锡丝焊接机的驱动，使用的电机类型主要有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等。考虑到步进电机通过改变脉冲频率来调速。能够快速启动、制动，有较强的阻碍偏离稳定的抗力。又由于这里的位置精度要求并不高，而步进电机在数控锡丝焊接机无位置反馈的位置控制系统中得到了广泛的应用。这里选定步进电机为驱动电机，考虑到在实际的选择中应考虑到一定的裕度。这里选用的是杭州日升生产的永磁感应子式步进电机：型号：130BYG2501；步距角：0.9/1.8度；电压：120-310v相数：2 ；电流：6 A;静转矩：270；空载运行频率：；转动惯量：；3.1.3 齿轮、齿条传动的校核这里齿轮、齿条的传动是按照结构联系上来设计的，故这里对齿轮进行弯曲强度校核、接触强度校核。其参数为：齿轮直径，齿宽为，模数为，齿数为80。前面也对驱动力矩做出估计并给出转速，。这里参考机械设计P209里的带式输送机减速器的齿轮传动设计进行校核。由于这里的齿条可以理解为半径无穷大的圆柱齿轮，故不存在疲劳强度是否符合要求，对齿条的强度无需校核，这里只需校核齿轮的弯曲疲劳强度、接触疲劳强度。3.3.3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料(1) 这里以直齿圆柱齿轮齿条传动。(2) 该数控锡丝焊接机速度不高，故选用7级精度（GB10095-8）。(3) 由机械设计表10.7选择齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿条材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3.3.3.2 按齿面接触强度校核按照机械设计公式（10.9a）进行校核： （3.7）(1) 确定公式内的各计算数值(a) 计算载荷系数K根据，7级精度，由表10.8查得动载系数；由机械设计表10.2查得使用系数； 直齿轮，调质，及。查机械设计表10.8的； 由机械设计表10.4查的7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，将数据带入后得：由查机械设计图10.3得；故载荷系数。（b）齿宽系数。（c）由机械设计表10.6查得材料的弹性影响系数。（d）由机械设计图10.21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 。（e）由机械设计式10.13计算应力循环次数。（f）由机械设计图10.19查得接触疲劳系数。（g）JI计算接触疲劳许用应力 取失效概率1%，安全系数，由机械设计式（10.12）得（h）由于这里是齿轮、齿条传动，故可认为传动比将上面计算的各项数据带入式（3.7）得：而这里设计该传动的齿轮半径，显然满足接触疲劳强度。3.3.3.3 按齿根弯曲疲劳强度校核这里按照机械设计公式（10.5）进行校核：(1) 确定公式内各计算数值(a) 由机械设计图10.20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限(b) 由机械设计图1.18查得弯曲疲劳寿命系数(c) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式（10.12）得(d) 计算载荷系数K(e) 查取齿形系数由机械设计表10.5查得（f）查取应力校正系数由机械设计表10.5可查的得(2）计算而这里设计的是，显然满足弯曲疲劳强度，故校核结果符合要求。3.3.3.4 结论综上，所设计的齿轮参数(齿轮直径，齿宽为，模数为)符合要求。3.4 其他部位结构设计3.4.1齿轮间隙的调整机构(1)为了保证较高的传动精度，其各对齿轮都设计有消除齿轮间隙的调整机构。选择偏心套筒， 其调整方法为：首先松开锁紧螺母，将专用扳手插入调整孔转动偏心衬套 ，以调整齿轮啮合的偏心距，消除传动间隙，最后拧紧锁紧螺母。1-轴承；2-偏心套；3-调整孔；4机体；5-锁紧螺母；6-圆锥齿轮；7-联轴器图3 间隙调整结构图3.2 弹性万向联轴器(2)在转轴的连接上，采用了一种结构新颖，工艺简单的弹性万向联轴器，如图3.2。这种联轴器由金属整体加工而成。其两端为夹紧轴的结构，有两个螺钉，一个用来顶紧轴，防止轴相对转动；一个用来锁紧，防止轴的轴向松动。联轴器中段为刻有螺旋槽的弹簧式结构，使其在轴向、周向都有较大的柔性，以致能朝任意方向弯曲。能补偿两轴不同轴的偏斜以及轴向长度偏差。此外它还能起到缓和冲击、衰减振动的作用。1-弹簧；2-支柱；3-螺母；4-锥形快；5-轴；6-活动压块；7-定位快；8-电磁阀；9-电机支撑件；10-电动机图 33 电磁制动阀工作原理图(3)为了保证手臂操作过程中安全可靠，在关节1、2、3电机轴上各装有一个电磁制动阀。当手臂切断电源时，关节1、2、3产生制动，使手臂保持原有姿态，电磁制动阀原理如下图所示。当手臂电源被切断时，弹簧1把活动压块紧压锥形块4 ，而锥形块4与轴5是固连的。由于摩擦，轴5被锁住。当手臂电源接通时，电磁铁8通电产生磁力，把活动压块6吸向电磁铁，即与锥形快4脱开，于是轴5便能自由转动。由于手腕重量和尺寸都非常小，故其关节4、5、6上没有设置这种制动阀。3.4.2驱动器的选择数控焊接机不同于工业机器人，因为它特殊的使用场合和使用对象，要求在能够完成功能的前提下，整个机构要灵活自如。本设计中的驱动器选择直线气缸。因为由传统的电、液驱动的马达或液压缸驱动结构复杂，所需能源的消耗较大。考虑到安装和运动的方便，采用圆形气缸。3.4.3关节设计各个关节均为旋转关节。滚动轴承传动有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等优点，可以充分利用气缸所作的功，减小机构体积。考虑到摆动关节的实际情况，对电机的要求：质量轻，体积小，频繁的正反转，换向性能好，较好的运动控制精度，功率为二十多瓦。故这里选择直流伺服电机中的印刷绕组直流永磁式。该类型直流伺服电机又称盘式电机，有特点：快速响应性能好；可以频繁的起动、制动、正反转工作；转子无铁损，效率高；换向性能好；寿命长；负载变化时转速变化率小，输出力矩平稳。这里选择的型号是Maxon 组合体系：电机：Maxon DC Motor F2260 功率为40W;行星轮减速箱：GP 62（11501）传动比约为19：1；编码器：HEDS 55。3.4.4连杆结构的选择作为下肢大小臂的连杆机构既是传动装置又是执行装置。连杆的长度精度要求较高，若大臂连杆或小臂连杆长度与使用者大臂或小臂长度不同，将会导致两者髋关节轴线、膝关节轴线和踝关节轴线不同轴，这会直接导致两者在运动状态中出现运动干涉现象，两者偏差较大时，整个人一机混合系统将无法正常工作。因此，在进行大、小臂机械连杆设计时，把连杆设计成长度可调节的结构体尤为重要。其优点:可避免出现实验对象单一化，扩大使用对象;有利于关节同轴度的调整，避免运动干涉现象。连杆设计时，要注意以下问题:1)承载能力。连杆不仅是传动装置，而且也是执行装置，要考虑连杆自身重量、气缸的重量和实验对象(人体下肢各段)的重量。2)刚度。为防止连杆在运动过程中产生过大的变形，从而影响到机器人的定位精度，因此，刚度必须满足要求。3)重量轻、转动惯量小。为提高机器人的反应速度、降低能耗和节省材料，要尽量减少其自身特别是运动部分重量。本设计中连杆结构采用内外杆结构通过调节内外杆之间的固定位置调整连杆的长度（即大小臂的长度）。3.4.5腰部结构设计腰带一方面可以对机械关节进行固定作用，另一方面在人行走过程中，当焊接机械臂抬起时，即其处于摆动期时，其机械臂的部分重量可通过钢制腰部转移到另一支处于支撑状态的机械臂上，这样可以部分分担因一支臂抬起时，。另外，由于腰带是钢质结构，所以要有调整结构，可以考虑用铰链结构。3.4.6整体结构设计设计总体结构时，要考虑到装配工艺过程和整体效果，如：杆件各零件的装配顺序，气缸和杆件之间的干涉，轴承与轴承座装配，关节间的连接方式，外部框架之间的安装，减重结构与外部框架的链接，下肢与外部框架的连接。机体结构简单，重量轻。1) 大、小臂均采用薄臂与整体骨架构成的结构形式，有利于提高刚度，减轻重量。内部铝铸件形状复杂，既用作内部齿轮安装壳体与轴的支撑座，又兼作承力骨架，传递集中载荷。这样不仅节省材料，减少加工量，又使整体重量减轻。手臂外臂与铸件骨架采用铰接，使连接件减少，工艺简单，减轻了重量。2)轴承外形环定位简单。一般在无轴向载荷处，轴承外环采用端面打冲定位的方法。3)采用薄臂轴承与滑动称套，以减少结构尺寸，减轻重量4)有些小尺寸齿轮与轴加工成一体，减少连接件，这增加了传递刚度。5)大、小臂，手腕部结构密度大，很少有多余空隙。如电机与臂的外臂仅有0.5mm间隙，手腕内部齿轮传动安排亦是紧密无间。这样使总的尺寸减少，重量减轻。(5)由于是垂直多关节型的结构，机器人的工作范围大适应性广，加之其手腕活动角度大，因此它工作时位置的适应性很强。(6)重复定位精度高。这是由于在结构上采用了刚性齿轮传动，调整齿轮间隙结构，弹性万向联轴器，并且加工精密，多用整体铸件的结果。3.5 本章小结本章主要进行了焊接机结构设计，主要包括方案选择；功率估计；电机选择；校核等内容。总结与展望总结与展望 本次毕业设计主要完成如下：(1) 对该PCB板三自由度数控锡丝焊接机进行了方案设计，并对机构进行运动学逆解，证明该方案可行，能够满足PCB板焊接的要求，能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高PCB板的生产质量。(2) 完成了车体结构设计：车体结构方案的比较与选择；驱动电机功率的估计计算与选择；齿轮齿条传动的接触疲劳强度与弯曲疲劳强度校核。还有摆动关节驱动电机的选择。(3) 其它方面：车轮与选用导轨的匹配设计，关节间的联接匹配设计。这些都是直接在图纸上设计出来了。 展望在具体实践方面能有机会尝试, 进行深入的理论与实践结合。致 谢本文是在老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于机械设计方面的知识，实验技能有了很大的提高。(1) 确定PCB板数控锡丝焊接机总体机构方案，并对该机构存在运动学逆解，并求出，该解满足PCB板的焊接要求。(2) 做出了车体结构设计与校核。另外，我还要特别感谢指导老师对我实验以及论文写作的指导，为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。还要感谢同学对我的无私帮助，使我得以顺利完成论文。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献参 考 文 献1 原 魁工业数控锡丝焊接机发展现状与趋势JMC 现代零部件,2007,(01):3334.2 张效祖工业数控锡丝焊接机的现状与发展趋势J. WMEM,2007,(05):2526.3 宋海宏数控锡丝焊接机技术展望J.山西煤炭管理干部学院学报,2006,(04):4345.4 吴林全球工业数控锡丝焊接机产业现状与趋势J .机电一体化,20006,(02):5657.5 坪岛茂彦 中村修照 .电动机实用技术指南M .北京：科学出版社，2003.6 熊有伦数控锡丝焊接机技术基础M.武汉：华中科技大学出版社，1996.7 温效朔数控锡丝焊接机技术在农业上的开发与应用现状M .合肥：安徽农业科学，2007，(11)：124125.8 周伯英工业数控锡丝焊接机设计M北京：机械工业出版社，1995.9 吴林，张广军，高洪明.数控锡丝焊接机技术M.北京：机械工业出版社,2000.10 吴宗泽机械零件设计手册M北京：机械工业出版社,2002.11 I.OM.索罗门采夫.工业数控锡丝焊接机图册M北