2）焊接机器人单机也没有达到设计要求。 1.4.2焊接机器人应用效果不良的原因
1）在工艺设计中，对设备选型没有深入研究，以为机器人是“万能”的。选择的焊件，几十点甚至百点焊点，即使机器人具有起始点寻找和跟踪能力，由于待焊焊点的偏差，机器人在完成焊接20-30%，或者40-50%焊接后，夹持的焊枪就可能偏离焊点了。有这样一个设计，要求用一条机器人柔性焊接生产线，完成推土机几个大焊件的焊接，这几乎是不可能的。
2）焊坯制造精度低。焊接的前序，存在两个问题：一是下料精度低，达不到要求；二是组对精度低。由于切割下料的热变形，焊件的板坯误差较大。下道工序又在低精度的搭焊模上组对，制坯。这样，生产的焊坯，其待焊焊点的互换性很差，满足不了示教精度要求。笔者目睹，其主梁6条主要待焊焊点的间隙，大小相差10mm之多。进口的机器人，就在车间里，没法使用。
本课题拟在焊接机器人现有基础上对其的机械部分进行适当合理的调整，在市场需求和性价比高的前提下，采用目前先进的步进（伺服）电机、位置检测装置、先进的设 计理念等使其更能为其完全实行自动化奠定基础。
自动焊接设备的焊接执行部件，拟采用旋转副驱动方式。因旋转副摩擦力小于移动副摩擦力，运动灵活，可以灵活改变焊枪的姿态，更适用于全方位自动焊接。驱动同样的焊接执行部件，电动机功率可以减小，进而减轻焊接机头的质量。焊枪位置传感器尽量安装在末级减速轴上，直接检测焊枪的位置和姿态。这样的安装方式，不存在国内外全自动焊接设备通过间接方式检测焊枪位置的问题，控制精度更高。全自动焊机设备上的存储器，存储焊点跟踪控制程序和部分焊接参数，更多的焊接参数存储在焊接电源内，以利于发挥焊接电源生产厂家的技术优势。
对焊枪的驱动拟采用步进电机。步进电机是一种能将数字输入脉冲信号转换为旋转运动的电磁执行元件，它本身所特有的高精度、无漂移、无累计误差等优点，使他成为目前机电一体化产品中，唯一能使用开环控制技术的伺服和执行的元件。目前，高精度步进电机驱动技术已十分成熟，且具有控制系统结构简单、工作可靠、成本低廉的优点。步进电机不是电压控制型元件，而是频率型控制元件。步进电机转动的快慢、角度决定于数字脉冲信号的频率。即使放大器的“零漂移”使控制信号的幅度改变，也不会改变步进电机的转速。而采用计算机产生的控制信号是很稳定的。因此，拟采用步进电机，以使焊枪的位移更准确。
2焊接机械手设计的总体构想
2.1 焊接机械手的组成
所谓焊接机器人，一般指6轴机器人本体，夹持重量为6kg，也就有6个自由度：X，Y，Z用于定位，偏转(yaw)角，俯仰(pitch)角和旋转(roll)角用于定向，能够沿着三维曲线运动，到达任意角度的任意位置；另外，还包括一套控制系统和焊接系统（焊接电源、焊枪、焊接软件系统等）。为完成一项点焊机器人工程，除需要点焊机器人以外，还需要使用的后边设备。点焊机器人与周边设备组成的系统，称点焊机器人集成系统。
经济型点焊机器人主要应用在焊点分布简单，焊接工作量大，焊接劳动强度大、焊接环境恶劣的工作。一般焊接机器人要求周边设备的传动精度偏高。
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图2.1
自动焊接设备的结构
整机结构：自动焊接设备由焊接机头、行走环行导轨、控制系统组成，结构上个为一体。（如上图2.1）
控制系统：包括微型计算机（或笔记本电脑）和控制箱，微型计算机由朱基、键盘、显示器、输入设备、输入输出接口等组成；控制箱由输入输出接口电路、功率驱动电路和焊枪位置控制的各种模板组成。
焊枪位置控制：采用焊枪位置信号、送死控制模板、弧压控制模板、机械电弧摆动模板等实现焊枪位置的控制。在管道全方位自动焊接时，生产工人需要跟随焊接机头对焊枪位置作适当的调整。
焊枪作业方式:
焊接电源：控制焊接工艺参数的旋钮、按键都集中在控制盒或焊接机头上，通过旋钮、按键操作改变焊接工艺参数，因此，弧焊电源是一个专用的焊接电源。
对成熟焊接工艺的继承和再现：焊接执行部件是焊接机头，其在焊接过程中应作多种复合远动，是焊枪保持一定的姿态。但受焊接机头运动自由度的限制，不易实现
多种的复合远动。因此，焊接工艺参数的制定需要工艺试验，一般采用分段法，需要生产工人跟随焊接机头对焊枪位置作适当的调整，对成熟焊接工艺的继承和再现性差。
2.2 总体方案的确定
所谓的方案，就是为了实现某种运动而专门对装置本身作出的总体实现思路和具体的实践内容。
机械手系统总体方案的内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。应根椐设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行总体分析和论证，最后确定总体方案。
系统运动方式的确定：
焊接机械手按运动方式已经由题目归定好了，选用5轴联动式。 伺服系统的选择：
旋转、摆动机构采用开环控制系统，选用快速步进电机。开环控制系统无检测元件，系统结构简单，造价低，调整和维修都容易。
执行机构传动方式的确定：
为保证系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装配时，应考虑以下几点： （1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。 （2）尽量消除传动间隙。
（3）缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动误差。可以采用预紧以提高系统的传动刚度。例如，在丝杠的两支承端轴向固定，并加预紧拉伸的结构等来提高传动刚度。 2.2.1总体布局的确定
总体布局就是解决装置各个部件间的相对运动和相对位置，并使装置有一个协调完美的造型。
总体布局的依据：工件尺寸、形状、重量、加工方法及工艺要求。
本课程设计的题目为5轴机械手，其运动机构为摆动机构及其减速机构和旋转机构。其总体布局有如下图2.2
装置的总体布局要通过联系尺寸来体现，联系尺寸也是结构设计的关键。初步确定的联系尺寸是个部件的设计依据，并通过部件的设计，还应对联系尺寸进行必要的修改，最后确定装配总图。
联系尺寸包括：
(1).机械手的外型尺寸，长宽高，及个部分的轮廓尺寸。 (2).各部件的连结、配合和相关位置尺寸。 (3).移动部件的行程和极限位置，调整位置。 (4).驱动装置和控制器以及执行器的位置和间距等。
图2.2
运动简图如下:
图2.3
2.2.2设计的具体步骤
选定总体方案后，初确定执行件的材料、大小或型号，计算出步进电机的最大输
出转矩，选择步进电机的型号。由电机的输出转矩来校核执行件的强度，并最后确定其基本尺寸的大小。
选定执行件的支撑件并进行强度校核或寿命计算。其它一些辅助支承、固定、连接件等，都可查手册进行选择。
关于转动惯量的计算参阅了《理论力学》第五版下册95页，强度校核参阅《材料力学》和《机械设计》第三版，选取步进电机参阅了《机电传动控制》第三版359页
减速机构的确定：拟采用少齿差行星齿轮减速器。少齿差传动包括渐开线少齿差、摆线少齿差、圆弧少齿差、活齿少齿差传动等。H型星轮减速器（JB/T 8712-1998）代替原混合少齿差星轮减速器属于少齿差渐开线行星轮传动，具有体积小，承载能力高，传动比宽、密，效率高，寿命长，传动平稳，允许高速输入的特点。
工作条件：输入转速28B型以下≤3000r/min, 40B型以下≤1800r/min, 45B型以下≤1000r/min, Y型以下≤1500r/min;公称转矩2.107—588kNm;传动功率0.25—2000kW;工作温度-40--45℃，低于0℃时，启动前润滑油应预热，高于45℃时采用降温措施。
锥齿轮或连杆的设计可参阅《机械设计》的相关内容，进行设计。然后将摆臂和减速齿轮的转动惯量折算成驱动电机输出轴的负载惯量，由其转动惯量计算出电机输出轴的负载转矩。根据负载转矩选取驱动电机的型号。
微机控制系统硬件部分设计：
首先绘制出系统电气控制的结构框图，然后选择中央外理单元CPU的类型，再根据CPU的特点，依最小系统和控制电路的需要，设计出它的外部扩展电路。例如外部扩展I/O电路、检测电路、转换电路及驱动电路等，并选择控制电路中各个电气元件的参数和型号。绘制出完整的电气原理图。
软件的设计：画出程序流程图，包括总的程序流程图、控制电机的控制子程序流程图和中断报务子程序流程图。
确定系统脉冲当量：脉冲当量是步进电机驱动的机械手上的移动部件，在每一个进给脉冲发出后，其相对位移量。脉冲当量的大小是由机械手的精度确定的。本设计的脉冲当量是 0.1mm。
在丝杠螺母副的传动系统中，系统中的脉冲当量
?p(mm)与步进电机的步距角
?b(?)、丝杠螺距 t(mm)及系统传动比 i之间的关系为
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