1. 研究目的与意义
随着我国城市高速发展，应用于轨道交通的自动门需求猛增。但是，国内一些生产企业仍采用手工焊接工艺。这种工艺对工人的操作技术水平要求高，效率低，焊接质量欠佳，严重制约着自动门生产。因此，设计一款自动门焊接机器人有着显著的社会效益和经济效益。
焊接机器人技术是综合了计算机、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。机器人应用情况是衡量一个国家工业自动化水平的重要标志。
随着科学技术的发展和工业技术的提高，越来越多的工业机器人被广泛应用于生产实践中，机器人与手工操作相比，有着明显的优势。焊接机器人不仅可提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
2. 课题关键问题和重难点
| 自动门焊接机器人总体设计： 1. 保证工作站的效率，使得操作人员对于工件的装卸不会影响到焊接机器人的工作，且保证操作人员的工作安全。 2. 焊接夹具需要有一定的装夹柔性，使焊接机器人可以适应自动门尺寸一定范围内的变化，使机器人可以加工多种型号类型的自动门。 难点：焊接机器人不只是一台已规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机，还包括各种焊接附属装置在内的柔性焊接系统。在焊接作业中，焊枪应跟踪工件焊道运动，并不断填充金属形成焊缝，因此运动过程中速度稳定性和轨迹进度是两项重要指标。同时，由于焊枪姿态对焊缝质量也有一定影响，因此希望焊枪姿态的可调范围尽量大。 自动门焊接机器人滑台设计： 1. 丝杠的选择与设计 2. 滚动导轨副的选择与设计 3. 步进电机的选择 4. 控制系统的设计与论证。 难点： 1. 选取合适的丝杠的种类，支撑方式，润滑，稳定性计算等。滚珠丝杠副由丝杠、丝杠螺母和滚珠组成，丝杠和丝杠螺母分别装在相对运动的两个部件上，电机驱动丝杠旋转，从而产生相对运动。 2. 区别于滑动导轨副，滚动导轨副摩擦更小，机械性能更好。导轨副是由导轨和导轨滑块组成的运动副。目前越来越多机床使用滚动导轨副，代替原来的滑动导轨。 3. 步进电机的种类繁多，型号功能各异。在选择电机时，要结合实际情况与理论数据，选取性价比高的电机，以便符合实际需求。 4. 控制系统需利用单片机完成程序编写与应用。不同的情况下，单片机发出不同的指令，进而完成对滑台的简单控制。 |
3. 国内外研究现状（文献综述）
本课题主要是针对自动门焊接机器人的滑台设计，因此有必要了解一下焊接方面的知识，对焊接方法、焊接工艺、焊接设备、焊接材料、焊接质量管理等相关内容的了解，主要都依照于 [1]，该书囊括了焊接技术的发展与应用、焊接结构、焊接工艺方法、焊接材料、焊接电源与设备、焊接生产工艺规程等多方面。[2]还介绍了复合焊接材料的特点，突出介绍了焊接材料及高效药芯焊丝的选用和正确使用。在 [3]中讲述了先进的，焊接性优良的微合金钢等新型结构材料的焊接，并特别关注不同材料的优势焊接方法。 [5]介绍了焊接新工艺，新设备及其典型设备型号，[6]还介绍电弧焊相关设备的工作原理和技术。这些知识让我对焊接技术有了更进一步的了解。
控制焊接机器人移动到固定工位的机构是移动滑台，它由滚珠丝杠机构驱动，包括伺服电机、丝杠、丝杠螺母等构成 [7]。丝杠的设计选取主要参照 [8][9]，文章系统介绍了近十年来在滚珠丝杠副的运动学与动力学、弹性接触与变形理论、摩擦机理与特性等方面的研究成果。在 [10]中，具体阐述了滚珠丝杠副传动原理与特点以及滚珠丝杠副轴向接触的变形与刚性；在 [11]中，介绍了滚珠丝杠副传动过程中的摩擦机理与特性；在 [12]中，着重说明了滚珠丝杠副的动态传动效率；在[13]中，讲解了滚珠丝杠副的设计与计算；在 [9]中，详细介绍了额定静载荷和典型失效方式； [14]研究了滚珠丝杠副的润滑、密封及防护装置；[9]还介绍了滚珠丝杠副发展方向及趋势。
联轴器是本设计中的一部分，在 [15]中，介绍了选择合适的弹性联轴器对减小噪音以及减轻磨损有很大的帮助。另外该书还具体讲解详了螺纹连接以及螺纹连接的预紧措施等。
4. 研究方案
本文基于以下三个原则对自动门焊接机器人进行总体设计，并对自动门焊接机器人的滑台进行具体分析，研究与设计。
l最小运动惯量原则 由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动，采用最小运动惯量原则，可以增加机器人的运动平稳性，提高机器人的动力学特性。因此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量。
l可靠性原则 机器人因机构复杂、环节较多，可靠性问题显得尤为重要。一般来说，元器件的可靠性应高于部件的可靠性，而部件的可靠性应高于整机的可靠性。可以通过概率设计方法设计出可靠度满足要求的零件或结构，也可以通过系统可靠性综合方法评定机器人系统的可靠性。
5. 工作计划
1. 查阅与自动门焊接机器人相关的资料；进行文献的阅读以及整理，完成文献综述；并查找自动门焊接机器人滑台的相关资料，进行归纳整理，以便后续计算时，查漏补缺。
2. 根据文献综述，进行理论分析与数据计算，初步建立自动门焊接机器人的总体构架；并对自动门焊接机器人滑台的设计进行初步的数据计算与分析。
3. 通过数据的计算与分析，找到合理且具有经济性的解决方案，完成自动门焊接机器人滑台的装配图与零件图。
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