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，而步进电机在机器人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步距角度电压相数电流静转矩空载运行频率转动惯量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。前面也对驱动力矩做出估计并给出转速，，。这里参考机械设计里的带式输送机减速器的高级级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。选定齿轮类型精度等级材料这里以直齿圆柱齿轮齿条传动。该焊接机器人速度不高，故选用级精度。由表选择齿轮材料为调质，硬度为，齿条材料为钢调质，硬度为，二者材料硬度差为。按齿面接触强度校核按照公式进行校核确定公式内的各计算数值计算载荷系数根据，级精度，由表查得动载系数由表查得使用系数直齿轮，调质，及。查表的由表查的级精度小齿轮相对支承非对称布置时，将数据带入后得由,计方案选择功率估计电机选择校核。第四章结论对该集装箱波纹板三自由度焊接机器人进行了方案设计，并对机构进行运动学逆解，证明该方案可行，能够满足集装箱波纹板焊接的要求，能够提高在直线段与在波内斜边段的焊缝成形的致性，提高集装箱的生产质量。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。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。查图得故载荷系数。齿宽系数。由表查得材料的弹性影响系数。由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。由式计算应力循环次数。由图查得接触疲劳系数。计算接触疲劳许用应力取失效概率，安全系数，由式得由于这里是齿轮齿条传动，故可认为传动比计算将上面计算的各项数据带入式得而这里设计该传动的齿轮半径，显然满足接触疲劳强度。按齿根弯曲疲劳强度校核这里按照公式进行校核确定公式内各计算数值由图查得齿轮的弯曲疲劳强度极限由图查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数，由式得计算载荷系数查取齿形系数由表查得查取应力校正系数由表可查的得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。结论综上，所设计的齿轮参数符合要求，校核完毕。摆动关节电机选择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。这里选择的型号是组合体系电机功率为行星轮减速箱传动比约为编码器。本章小结这里主要是进行了车体结构设位移分析速度分析及加速度分析。根据机器人各个关节变量的值，便可计算出机器人末端的位姿方程，称为机器人的运动学分析正向运动学反之，为了使机器人所握工具相对参考系的位置满足给定的要求，计算相应的关节变量，这过程称为运动学逆解。从工程应用的角度来看，运动学逆解往往更加重要，它是机器人运动规划和轨迹控制的基础。在该课题里，很显然这里是已知末端执行器端点焊枪的位移，速度及焊枪与焊缝间的夹角关系，来求三个关节的协调运动，即三个关节的运动规律，故为运动学逆解。运动学分析数学基础其次变换变换齐次坐标将直角坐标系中坐标轴上的单元格的量值作为第四个元素，用有四个数所组成的列向量来表示前述三维空间的直角坐标的点,它们的关系为则,称为三维空间点的齐次坐标。这里所建立的直角坐标系的坐标轴上的单元格的量值，故,为三维空间点。齐次变换对于任意齐次变换，可以将其分解为式表示活动坐标系在参考系中的方向余旋阵，即坐标变换中的旋转量而式表示活动坐标系原点在参考系中的位置，即坐标变换中的平移量。特殊情况有平移变换和旋转变换平移变换旋转变换,变换方程的建立机构运动原理图三自由度焊接机器人运动简图俯视图如图所示，机器人采用三个运动关节左右平移的焊接机器人本体，前后平移的十字滑块和做旋转运动的末端效应器。通过三个关节之间的协调运动，来保证末端效应器的姿态发生变化时，焊接速度保持不变，焊枪与焊缝间的夹角保持垂直关系，来做到直线段与波内斜边段焊缝成形的致。运动学模型此处省略字图移动效率高点，精度要求并不是很高，。故可从表可选择出方案作为该小车的设计结构方案。小车驱动电机功率的确定电机功率的估计根据机器人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其中为小车速度，为车轮角速度，为车轮的半径。图画出了该小车的车轮在运动过程中的受力简图，图中车轮上的载荷，车轮的质量，地面对车轮的法向反作用力，为车轮的切向反作用力，车轮轴的车轮的推力。根据平衡条件有为车轮滚动阻力矩，其值为为车轮的转动惯量。根据式有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其中为机器人总质量。将式中的带入上式得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机器人的平移质量的加速阻力和车轮的旋转阻力。可根据式粗估出驱动力矩其中车轮半径，查理论力学表滚动摩阻系数。，估为,车轮质量估计为,估计为，牛由于这里的焊接速度为，故可定程度上估出。将上述数据带入式得进而根据要求的运行速度为,初步确定电机的功率圆弧段的运动规律直线段该小阶段旋转关节又逆时针旋转，并保证焊接速度相对于焊缝为恒定。图直线段焊接点位置关系示意图根据图可得将其带入变换方程得将以上两式对求导并整理可得其中旋转关节的运动规律,如图所示图直线段旋转关节的运动规律示意图段直线段该阶段运动,并满足焊接速度相对于焊缝保持恒定，焊枪与焊缝的夹角保持垂直关系。根据速度合成知识可得以上即为焊接集装箱个周期波纹板的运动学逆解。结论由逆解过程可以看出三自由度焊接机器人三个运动关节按照定的运动规律协调动作，即可以保证焊枪以定的位姿与焊接速率进行焊接，将较好的解决波纹直线焊缝与波内斜边焊缝成形不能保持致的难题。所求焊接过渡段中的过渡运动能较好的衔接直线段与波内斜边段的运动。第三章结构设计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。车体结构方案的比较与选择根据些移动机器人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。这也是在移动机器人本体结构设计上较为常用的种车体结构方案，布置比较对称合理。方案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种传动方式，结构比较简单，设计比较容易。方案间的比较表两车体机构方案的比较方案比较方面方案方案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还好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，焊接小车的水平。无疑,将机器人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。当前国内外在移动焊接机器人方向研制的几个典型移动焊接机器人如下韩国国立大学的等研制的舱体格子形构件焊接移动机器人这种机器人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,能够自动调整机器人本体和十字滑块的位置。南昌大学