本文關(guān)鍵詞：四自由度微車焊接機械手控制系統(tǒng)研究與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

３．３系統(tǒng)插補算法確定…………………………………………………。２７３．４數(shù)據(jù)采樣插補………………………………………………………。２８

３．４．１數(shù)據(jù)采樣直線插補……………………………………………．２８

３．４．２數(shù)據(jù)采樣圓弧插補……………………………………………２９

３．５本章小結(jié)………………………………………………………………３１第４章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計……………………………………………………３２

４．１插補程序設(shè)計………………………………………………………．．３２

４．１．１點焊機運動過程………………………………………………３２

４．１．２插補軟件程序設(shè)計……………………………………………．．３３

４．１．３ＰＬＣ插補程序設(shè)計……………………………………………３５

４．２ＰＣ與ＰＬＣ通信實現(xiàn)…………………………………………………３９

４．２．１ＰＬＣ串行通信…………………………………………………．３９

４．２．２ＶＣ＋＋６．０串口通信程序設(shè)計…………………………………４１

４－３控制系統(tǒng)軟件整體設(shè)計………………………………………………４２

４．３．１上位機軟件設(shè)計………………………………………………４２

４．３．２原點搜索復(fù)位實現(xiàn)……………………………………………４３

４．３．３軌跡顯示實現(xiàn)…………………………………………………４５

４．４本章小結(jié)………………………………………………………………４７第５章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與試運行………………………………………………４８

５．１伺服參數(shù)設(shè)定………………………………………………………．．４８５．２焊機使用與參數(shù)設(shè)定…………………………………………………４９

５．２．１焊接使用………………………………………………………４９

５．２．２焊機參數(shù)設(shè)定…………………………………………………４９

５．３系統(tǒng)試運行…………………………………………………………．．５１５．４本章小結(jié)……………………………………………………………。５２６．１全文總結(jié)……………………………………………………………。５３６．２未來展望………………………………………………………………５４

Ｖ第６章總結(jié)與展望……………………………………………………………５３致謝………………………………………………………………………………５５參考文獻…………………………………………………………………………５６附錄Ａ作者研究生期間發(fā)表的論文………………………………………．．５９附錄Ｂ作者研究生期間參與的科研項目…………………………………．．６０

第１章緒論

１．１論文的背景及研究意義

我國汽車產(chǎn)業(yè)從２００２年開始進入到爆發(fā)式快速增長階段，圖１為我國近五年汽車產(chǎn)銷趨勢圖。近五年來隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)增漲，我國汽車２００７年產(chǎn)量為８８８．２４萬輛，銷量為８７９．１５萬輛，到２０１１年我國汽車產(chǎn)量和銷量快速增長１８４１．８９萬輛和１８５０．５１萬輛。伴隨著我國汽車產(chǎn)銷的持續(xù)增長，０９年國家出臺“減征購置稅”、“汽車下鄉(xiāng)”、“以舊換新”三大汽車產(chǎn)業(yè)鼓勵政策，我國微車行業(yè)發(fā)展尤為迅速，國內(nèi)各大微車制造企業(yè)屢創(chuàng)產(chǎn)銷佳績。我國一些微車生產(chǎn)廠家發(fā)展勢頭迅猛，但企業(yè)生產(chǎn)效率和自動化程度嚴(yán)重與企業(yè)自身規(guī)模不相匹配。

圖１．１近五年汽車產(chǎn)銷趨勢圖

汽車生產(chǎn)制造是一個規(guī)模宏大而且系統(tǒng)復(fù)雜的工程。汽車生產(chǎn)的主要四大生產(chǎn)線分別為沖壓生產(chǎn)線、焊裝生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線和總裝生產(chǎn)線等【ｌ】。汽車焊接生產(chǎn)線是將車身各沖壓零件裝配焊接成白車身的自動化設(shè)備，承擔(dān)將沖壓零件分級焊接成焊接合件的任務(wù)。汽車車身焊接生產(chǎn)線的發(fā)展在國外主要經(jīng)歷了四個階段。第一階段即６０年代以前，焊接生產(chǎn)線上大量工人采用懸掛式電焊機對車身進行焊接生產(chǎn)；第二階段即６０年代到８０年代初期，大量多點自動焊和機械手被裝配到焊接生產(chǎn)線上以完成對車身焊接生產(chǎn)任務(wù)；第三階段即８０年代中期以后，汽車焊接生產(chǎn)線的兼容和柔性是這一階段的主要發(fā)展方向；第四階段即進入新世紀(jì)以后，高度自動化、多品種混流生產(chǎn)線和大規(guī)模定制生產(chǎn)是這一階段國外焊接生產(chǎn)線的主要發(fā)展方向。由于車身沖壓零件多使用薄鋼板沖壓

制成，因此在汽車焊接中大量使用電阻點焊焊接方式。一般車型的車身焊點總數(shù)可達４０００到５０００個。汽車車身焊點質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著整車的質(zhì)量和美觀。我國某微車制造企業(yè)車身焊接主要仍采用人工焊接方式，其生產(chǎn)線投資低，設(shè)備維護簡單，但是焊點分布不均勻、質(zhì)量較差、人機工程較差。機器人焊接具有自動化程度高、焊接質(zhì)量好、柔性能力強等優(yōu)點，但其前期投資和后期維護成本高，不利于該公司現(xiàn)有產(chǎn)品的成本控制，因此需要從企業(yè)實際生產(chǎn)情況出發(fā)，在人工和自動化生產(chǎn)方式之間作出一個滿足較低制造成本和一定自動化程度的精益化平衡。

本課題針對車身焊接工藝進行自動化改造，在現(xiàn)有的人工焊接生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，設(shè)計出簡易焊接機械手，通過減少生產(chǎn)線單班次人數(shù)，達到降低制造成本、提高焊接質(zhì)量、改善人機工程等目的。

１．２焊接機械手國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

１．２．１工業(yè)機械手簡介

機械手按照仿生學(xué)設(shè)計成人的手和臂的結(jié)構(gòu)，并能實現(xiàn)一些簡單的人手或臂的搬運、抓取等動作，機械手的運動需要首先設(shè)置好運動程序和軌跡。一般在工業(yè)生產(chǎn)中使用的機械手常被稱為工業(yè)機械手【３Ｊ。機器手有著多種分類方式

【４】，按照適用對象可以分為專用和通用機械手；按運動驅(qū)動方式可分為電力傳動機械手，機械傳動機械手，液壓傳動機械手和氣壓傳動機械手；按運動控制方式可分為連續(xù)運動軌跡控制和點位運動控制。工業(yè)機械手一般由伺服驅(qū)動系統(tǒng)、運動控制器、檢測傳感裝置和機械本體四個部分組成，能在三維空間中實現(xiàn)各種運動作業(yè)，并能實現(xiàn)可重復(fù)編程的自動控制。工業(yè)機械手特別適合變批量和多品種的柔性生產(chǎn)需求；在一定程度上可以改善勞動者的勞動強度，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品自身質(zhì)量。一個國家工業(yè)自動化水平的高低取決于降低工人的勞動強度，進而提高整個生產(chǎn)線的自動化水平；在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，比如易燃易爆、放射性、高溫低壓、粉塵、有毒氣體等情況下，都可以進

機械手坐標(biāo)形式可以根據(jù)機械手手臂運動的不同形式和國標(biāo)ＧＢ／Ｔ１２４６３－９０（１）直角坐標(biāo)式：直角坐標(biāo)式由三個直線運動組成，可以沿直角坐標(biāo)系三２機械手的使用率。機械手在生產(chǎn)中應(yīng)用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強生產(chǎn)安全性，行正常的生產(chǎn)，不需要人進行生產(chǎn)，對于人類有非常重大的意義。中的規(guī)定分為四類【５Ｊ：

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文

軸直線運動，兩軸或三軸可以實現(xiàn)聯(lián)動。直角坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)機械手優(yōu)點是定位精度較高，結(jié)構(gòu)形式簡單；缺點是靈活性比較差，占地面積大但是工作范圍小。

（２）圓柱坐標(biāo)式：圓柱坐標(biāo)式由兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)組成，通過組合運動實現(xiàn)定位。圓柱坐標(biāo)式機械手和直角坐標(biāo)式機械手相比的優(yōu)點是占地面積小但是活動范圍大，和直角坐標(biāo)式機械手同樣具有較高的定位精度，并且結(jié)構(gòu)形式簡單；缺點是Ｚ軸方向上會受到最低位置的限制。

（３）球坐標(biāo)式：球坐標(biāo)式由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動組成，，通過組合運動實現(xiàn)定位。球坐標(biāo)式動作靈活，占地面積小而工作范圍大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手臂擺角誤差隨手臂而放大導(dǎo)致終端誤差較大。

（４）關(guān)節(jié)式：關(guān)節(jié)式機械手手臂運動類似人類的手臂可以作幾個方向的轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)定位。關(guān)節(jié)式機械手相對于其他坐標(biāo)形式的機械手的優(yōu)點是通用性較強、工作范圍較大、動作比較靈活；缺點是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，定位精度較差。

（ａ）直角坐標(biāo)式（ｂ）圓柱坐標(biāo)式

（ｃ）球坐標(biāo)式（ｄ）關(guān)節(jié)式

圖１—２機械手四種坐標(biāo)型式

工業(yè)機械手設(shè)計流程如圖１．３所示。工業(yè)機械手設(shè)計首先要對系統(tǒng)功能進行

３分析，結(jié)合實際調(diào)研情況和基礎(chǔ)資料制定工業(yè)機械手的技術(shù)指標(biāo)；在技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計出最合理的工業(yè)機械手機械結(jié)構(gòu)方案；根據(jù)工業(yè)機械手機械機

圖１．３機械手設(shè)計流程圖

焊接機械手作為工業(yè)機械手的一個主要分支，因其焊接質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效伺服技術(shù)的快速發(fā)展為機械手的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。在２０世紀(jì)７０年

４率高、降低人工勞動強度等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于汽車制造等行業(yè)中。下面將分別介紹國內(nèi)外焊接機械手發(fā)展、研究現(xiàn)狀及在汽車行業(yè)中的應(yīng)用。１．２．２國外焊接機械手發(fā)展及研究現(xiàn)狀代，伴隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，作為工業(yè)機器人的焊接機械手發(fā)展迅猛。焊接機械手發(fā)展過程：第一臺焊接機械手是由美國通用汽車公司設(shè)計和生產(chǎn)的并于１９６０年投入生產(chǎn)使用。１９７６年，通用公司的焊接機器人ＴＩＧ實現(xiàn)了對焊縫的跟蹤檢測功能。水下實時焊縫檢測焊接機器人由美國通用機器人公司于１９９３年開始著力研制，并于１９９９年成功研制出了具有此功能的ＡＲＭ水

  本文關(guān)鍵詞：四自由度微車焊接機械手控制系統(tǒng)研究與設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。