喷漆机器人设计-机身系统设计 汇报人：1 绪绪 论论随着人类科技的进步，社会经济的发展，机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。它体现了光机电一体化技术的最新成就，机器人作为其中的佼佼者更是发挥了不可磨灭的作用。 1.1机器人的特点机器人的特点1机器人能进行自动化生产，降低成本。就本次设计的喷漆机器人而言，它能不间断的搬运零件和各种材料的输送。 2机器人能使产品品质稳定，减少人工污染。人工生产会使产品质量受工人状态起伏而影响。 3机器人能改善劳动条件，避免各种工伤。在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，人工操作会有危险，机器人能代替人工作，改善了人们的劳动条件。4机器人能持久、耐劳，可以把人从繁重的劳动中解放出来，人在连续工作几个小时后，总会感到疲劳或厌倦，以机器人代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。5机器人的灵活性、通用性强。它能通过更换部件来适应不同产品的生产。 1.2机器人的组成机器人的组成工业机器人是由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。一般机器人的执行机构由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、缓冲与定位，还有行走机构组成。驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。不过目前还是以液压和气动用的最多。机器人的控制方式有点动和连续控制两种方式。大多数是用插销板进行点位程序控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。 1.3喷漆机器人喷漆机器人又叫喷涂机器人（spray painting robot）， 是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集 团）发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。 1.4 本文研究主要内容本文研究主要内容通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、杂志查阅了解喷漆机器人的相关知识，确定本设计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：1、查阅资料、结合所学专业课程，产生喷漆机器人结构设计的基本思路；2、查阅各类机械机构手册，确定合理的喷漆机器人结构；3、根据给定技术参数来选择合适的手部、腕部、臂部等部位；4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研究；5、通过研究国内外情况，确定本设计课题的重点设计；6、完成2D装配图的设计和绘制，并由此绘制零件图；7、编写设计说明书；8、检查并完善本设计课题。2 机器人机构总体方案设计机器人机构总体方案设计本文的重要任务是完成喷漆机器人的设计，本章内容是围绕喷漆机器人机构设计任务来展开，介绍喷漆机器人执行机构设计思路。2.1喷漆机器人的基本技术参数确定喷漆机器人的基本技术参数确定技术参数主要有自由度、坐标形式的选择。 2.1.1自由度一般通用喷漆机器人有56个自由度即可满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕部和行走装置有23个自由度），专用喷漆机器人有12个自由度即可满足使用要求。 2.1.2坐标形式的选择喷漆机器人的坐标形式主要可分为：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型另外还有比较复杂的SCARA型和并联型。1直角坐标型喷漆机器人 2圆柱坐标型喷漆机器人 3球坐标型机器人 4关节坐标型喷漆机器人 图2. 1喷漆机器人的坐标形式 图2.2 喷漆机器人基本形式示意图 2.2 喷漆机器人材料的选择喷漆机器人材料的选择机器人手臂的材料应根据手臂的实际工作情况来进行选择，在满足机器人的设计和运动要求前提下。 机器人手臂选用的材料与一般的结构材料不同。机器人手臂是要受到控制的，必须考虑它的可控性。在选择手臂材料时，可控性还要和材料的可加工性、成本、质量等性质一起考虑。总之，选择机器人手臂的材料时，要综合考虑强度、刚度、重量、弹性、抗震性、外观及价格等多方面因素。 2.3机械臂的运动方式机械臂的运动方式考虑到喷漆机器人的作业特点，即要求其动作灵活、有较大的工作空间、且要求结构紧凑、占用空间小等特点，故选用关节型喷漆机器人。这类喷漆机器人一般由2个肩关节和1个肘关节进行定位，由2个或3个腕关节进行定向. 图2.4 常见的运动方式 2.4喷漆机器人的驱动元件喷漆机器人的驱动元件在机器人驱动系统中，电气驱动是利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，来获得动力。电气驱动主要有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电动机以及最近几年出现的超声波电机和HD电动机等几种 。对几种机器人常用电机的分析和比较，综合考虑本文喷漆机器人臂并不要求有很高的扭矩，但是要求有较高精度并要求能够快速启动和制动，所以选择应用较为广泛的步进电机作为驱动电机。2.5 机构整体设计机构整体设计综合考虑喷漆机器人的作业任务和作业环境，采用了5 个自由度的关节型机器人。整个机构的水平运动采用来实现，即整个机构装在一个上。整个执行机构是一个4 自由度的串行机构，且大臂与小臂关节的轴线相互平行。 3 喷漆机器人机身结构设计喷漆机器人机身结构设计通过总体分析后,确定了机器人的结构。所设计的机身部分采用二级齿轮减速传动。图3-1 机器人关节齿轮传动机构简图3.1 电动机的选择电动机的选择3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传计算传动装置的总传动比和分配各级传动比动比3.3 轴的设计计算轴的设计计算图3-4中间轴结构图3.4 确定齿轮的参数确定齿轮的参数图图3-5 大齿轮结构图大齿轮结构图图图3-6 小齿轮结构图小齿轮结构图3.5 壳体设计壳体设计基座部分采用球墨铸铁材料,方形结构,壁厚在15mm左右。立柱采用铸铝,空心圆柱形状,起固定轴承外圈的作用。其他部分具体尺寸由结构确定,这里不一一叙述,详见图纸。3.6小结小结本章针对机身的齿轮、大齿轮轴、小齿轮轴进行了设计和校核，另外还表述了设计上的见解。通过校核可知设计的齿轮、轴均符合强度要求。