摘要：人工焊接作业中存在的潜在危害主要有电击伤害、弧光辐射、焊接烟尘、火灾、爆炸等，基于人工焊接的环境恶劣并且会对人体产生危害，于是焊接机械手就孕育而生。工业机器手是生产自动化的关键环节之一，也是机电一体化的高科技产物。当今，机械手广泛的应用在各种生产作业中，焊接机器人是工业机器人最大的应用领域，占工业机器人总数的25%左右。

运用机电一体化的知识，此次焊接机械手的设计主要分为两大部分：焊接机械手电气系统的设计和焊接机械手机械结构的设计。本次设计目标是小型化、轻量化，产品主要面向小型作业对象，可在行程范围内进行点焊或焊缝焊接。

Solidworks软件是本文设计焊接机械手最重要的设计工具。Solidworks软件可以对三维模型进行质量属性分析、仿真运动，以及对设计参数、校验等提供帮助。设计中根据分析结果更加准确、快速的计算转动扭矩，从而完成步进电机选型。

在焊接机械手驱动系统方面，采用 51单片机控制驱动器驱动步进电机。

关键词 焊接；机械手；步进电机；51单片机；五自由度

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1机械手的国内外研究现状-1

1.1.1机械手的国外研究现状-1

1.1.2机械手的国内研究现状-1

1.2机械手的研究背景及意义-2

1.3市场前景-2

1.4本文研究内容-3

1.5本章小结-3

2总体设计方案-4

2.1机械手概述-4

2.1.1机械手的组成-4

2.1.2机械手的结构分类-4

2.2拟定执行机构-5

2.3拟定驱动装置-6

2.3.1气压驱动装置-6

2.3.2液压驱动装置-7

2.3.3电气驱动装置-7

2.3.4驱动装置选择-8

2.4拟定控制系统-8

2.5 拟定传动装置-9

2.5.1机械传动的分类-9

2.5.2传动方案选择依据与原则-9

2.5.3选定传动方案-10

2.6 焊接机械手设计任务明细-11

2.7本章小结-12

3机械手结构设计-13

3.1机座及腰关节结构设计-13

3.1.1材料选型-13

3.1.2结构设计-13

3.2腰部及肩关节结构设计-13

3.2.1材料选型-14

3.2.2结构设计-14

3.3大臂及肘关节结构设计-14

3.3.1材料选型-14

3.3.2结构设计-14

3.4 小臂与腕关节结构设计-15

3.4.1材料选型-15

3.4.2结构设计-15

3.5手部及末端执行器相关结构设计-16

3.5.1材料选型-16

3.5.2结构设计-16

3.6本章小结-16

4 装配与校验-17

4.1总体模型装配-17

4.2焊接机械手校验-17

4.2.1手部旋转电机校验-18

4.2.2小臂及腕关节校验-19

4.2.3大臂及肘关节校验-23

4.2.4肩关节校验-26

4.2.5腰部校验-31

4.3本章小结-32

5 基于51单片机的电气控制系统设计-33

5.1 步进电机驱动器简介-33

5.2电机正反转调试程序-34

5.3本章小结-36

结论-37

参考文献-38

致谢-39