喷漆机器人结构毕业设计 【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 学 号 _ 密 级 _ 喷漆机器人结构设计 生姓名 ： 在学院 ： 在专业 ： 导教师 ： 称 ： 在单位 ： 文提交日期 ： x 月 论文答辩日期 ： x 月 学位授予单位 ： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 由于 目前使用的油漆 大多含有苯， 笨是一种极易挥发，并且能致癌的化学物质 。 在没有任何 防护 的 情况下 进行 喷漆 作业对 工人 的 危害极大 的 ，因此各种 各样的 喷漆机器人应运而生。 本 文设计了一种 关节式喷漆机器人 ，具有六 个自由度， 其中 手 腕关节 具 有三 个 自由度，其它 的 关节各具有一个自由度，各个关节采用电机驱动 。 本文设计的喷漆 机器人 采用了类似于铰链四杆机构的 结构 形式。 驱动小臂 运动的电机安装在腰部回转盘的上面 ， 通过 带动铰链四杆机构间接驱动小臂实现 俯仰运动， 这样避免 了把电机 直接安 装在 大臂和小臂的连接处 ， 从而减小了 小臂 自身 的重量 ，同时减小了驱动大臂和腰关节的电机所需要的功率与力矩，这种铰链四杆机构还使小臂实现自身的重力 平衡从而减小 了 静力矩 。 喷漆 机器人 的 主体采用了铝合金材料， 减轻 了 自身 的重量。 喷漆机器人的整体动态性能也因此 提高。 关键词 ： 喷漆机器人；关节式；结构设计买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is It to is So of A in It of of of s by in on on to s So of in so of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目 录 摘 要 . I . I 第 1 章 绪论 . 1 机器人 的研究发展现状 . 1 机器人 发展趋势 . 1 国内外喷漆机器人的研究概况 . 4 国外喷漆机器人的研究概况 . 4 国内喷漆机器人的研究概况 . 4 本文研究主要内容以及背景和意义 . 6 第 2 章 总体结构设计 . 7 确定驱动系统 . 7 驱动系统 . 7 确定驱动机型和自由度 . 7 喷漆机器人的运动参数 . 8 各个关节的结构形式和平衡方式 . 8 腕关节的传动机构 . 9 小臂的传动机构 . 10 大臂的传动机构 . 10 腰部的传动机构 . 11 本章小结 . 11 第 3 章 喷漆机器人机构设计 . 13 喷漆机器人数学模型的建立与分析 . 13 腕部设计 . 16 电机的选择 . 16 小臂的设计 . 17 小臂设计的总体要 求 . 17 链四杆机构的设计 . 17 机的选择 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 轮的设计与校核计算 . 21 臂的设计 . 24 臂设计的总体要求 . 24 电机的选择 . 24 齿轮的设计与校核计算 . 26 关节的设计 . 28 关节设计的总体要求 . 28 机的选择 . 28 传感器的选择 . 29 章小结 . 30 第 4 章 轴、螺钉的设计与校核 . 31 轴 1 的结构设计与校核 . 31 轴 1 的结构设计 . 31 大轴 1 的强度校核 . 32 轴 2 的结构设计与校核 . 34 轴 2 的结构设计 . 34 轴 2 的强度校核 . 35 轴 1 的结构设计与校核 . 35 小轴 1 的结构设计 . 35 小轴 1 的强 度校核 . 36 轴 2 的结构设计与校核 . 39 转底盘与腰部主轴连接螺钉的校核 . 39 章小结 . 39 结 论 . 39 参考文献 . 40 攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成 果 . 42 致 谢 . 43 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 机器人 的研究发展现状 机器人 有 50 至 60 年的发展历史。 1959 年美国 的发明家 英格 伯格和德沃尔制造出世界上第一台机器人，机器人 第一次出现在人们的视野中 。英格伯格在大学 时 攻读 的 伺服电机 理论， 伺服电机理论 是一种研究机构如何 能更好地跟踪控制信号的理论。 德沃尔 于1946 年发明了一 种 可以 “ 重演 ” 记录 的运动 的机器 。德沃尔又 于 1954 年 获得可编程机械手专利，这种机械手臂 能够 按程序进行工作， 同时也 可以根据不同的工作需要 以及工作对象 编制不同的 控制 程序，因此 在实际工作中 具有 很好 通用性和灵活性 。 英格伯格和德沃尔都 是 研究机器人 的著名发明家 ， 他们都认为 汽车工业 是 最适于用机器人 的行业 ，因为 汽车制造行业 是用重型机器进行工作 的 ， 而且 生产过程 比较 固定。英格伯格和德沃尔 又于 1959 年 联手制造出第一台工业机器人。这种机器人外形 类似于 坦克炮塔，基座上 安装 有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂 的末端 又 可以 伸出一个小机械臂，它相对大臂可以 做伸缩运动 。小臂 的末端 装有 一个 手 腕 ，可绕小臂 的轴线旋转。手腕 的末端装有机械手 。 这台工业机器人成为世界上第一台真正可以用于实际工作的工业机器人。此后英格伯格和德沃尔成立了尤尼梅逊公司，进而创办了 世界上第一家机器人制 造工厂。 他们因此被称为机器人之父。 1962 年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人，称为 “沃尔萨特兰”，意思是“万能搬动”。这两家公司制造的工业机器人 成为 了世界上最早的而且至今仍在使用的工业机器人。 近六十年来机器人的发展史，大致经历了三个重要的阶段。第一阶段 为简单个体 类机器人， 第二阶段 为群体劳动 类机器人，第三阶段为类 似人类的智能机器人。机器人发展 是 向着 有知觉、有思维、能与人对话 的方向发展的 。 到了 二十世纪九十 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术的迅速发展，机器人技术也有了质的飞跃 。除了工业机器人 的性能 不断提高之外，各种 各样的用于其他行业的机器人也有了巨大的 进展。 工业机器人的发展非常迅速，下面对几个重要的研究的方向做 简单 的 介绍。 机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 并联机器人： 主体 采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术 向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。 控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的 6 轴机器人发展到现在能够控制 21 轴甚至 27 轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。 传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。 网络通信功能：日本 德国 司的最新机器人控制器已实现了与 线及一些网络的联 接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。 先进机器人的发展也异常迅速。近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。下面就几个研究热点做一简单的介绍。 水下机器人：目前主要用于海洋石油开采、海底勘查、落水人员救捞、管道铺以及电缆的铺设和维护。主要有有缆水下机器人和无缆水下机器人 两大类。 空间机器人：空间机器人 技术一直是 机器人的重要研究领域。目前 美、俄、加拿大等国已研制出各种空间机器人。如美国 空间机器人等。 美国 空间机器人 是一辆自主移动车，重量为 外型 尺寸 630 48 6 个车轮，它在火星探测 上的成功应用，引起了全球 范围内 的广泛关注。 核工业用机器人：国外的研究 方向 主要集中在机构灵巧 、动作准确可靠、响 应 速度快、重量轻、刚度 和强度良 好、 装有 便于装卸与维修的高性能伺服 机械 手以及 能半自主和自主移动到任意位置 。 地下机器人：地下机器人主要有挖掘机器人和地下管道检修机器人两大 类。目前日、美、德等发达国家已研制出了 用于石油、 天然气输送管道检修 的 地下机器人。各种挖掘机器人以及 自动化系统 也 正在研制 当 中。 医用机器人：主要用于医疗外科手术的规划与仿真、机器人辅助外科手术、最小损伤外科、临场感外科手术等。 建筑机器人：如 用于 高层建筑 的抹灰机器人、预制件安装机器人、室内装修机器人、地面抛光机器人、用于擦 玻璃 的机器人等，并已经应用于实际生活中 。 军用机器人：近年来，美、英、法、德等国已研制出第二代军用智能机器人。其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 触摸 等 能力，能够自动跟踪地形和选择道路，并且具 有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能 1。 可以预见，在 21 世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。 机器人 发展趋势 目前国 际上各国都在加大机器人的研究 力 度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。 研究内容 主要有 以下 10 个方面： 1、工业机器人 的操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步增强 负载 /自重比。 向着模块化、可重构 的 方向发展。 2、机器人控制技术：重点研究开放式和模块化控制系统，人机界面更加清楚明朗 ，语言、图形编 程界面 还正在研制当中。机器人控制器向着 标准化和网络化 的方向发展，基于 网络式 的 控制器已成为 当今世界 研究 的 热点。 对于 编程技术 ， 除 了 进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。 3、多传感系统：为进一步提高机器人的智能 性和适应性，多种传感器的使用是这个 问题解决的关键。其研究热点在于 研制出 有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一 个 问题就是传感系统的实用化。 4、机器人的结构 越来越 灵巧，控制系统 也越来越 小，二者正朝着一体化 的 方向发展。 5、机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。 6、虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥 感 操作和人机交互。 7、多智能体调控制技术：这是目前机器人研究 领域中 的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。 8、微型和微小机器人技术 ： 这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方 向。过去该 领域 的研究 几乎是空白 的 ，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。 9、软机器人技术 ： 主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人 在 设计 是没有考虑与人紧密共处，因此其所用材料多为金属或硬性材料。 软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感 系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的。 10、仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目 前仅在某些方面进行一些基础研究 2 国内外喷漆机器人的研究概况 国外喷漆机器人的研究概况 在国外喷漆机器人 的设计与制造 是一项十分成熟的技术，已经有三十年以上的发展历史。喷漆机器人最早是由 挪威 司（后并入 团） 于 1969 年发明 的 。 最早运用该技术的是美国的 司、德国的 司、英国的 司等， 对机器人和印刷业的发展产生过深远的影响 。 当时使用的是 器人，采用的是气体和液体相结合的流量控制系统。 80 年 代 初期 司在 器人上首次采用气压控制的 流量控制系统， 同时装备了带 有抽吸装置的内置阀，可避免初始污染。 90 年代初首次在 器人自动喷涂设备上试装了涂料流量控制装置，使喷涂质量有了巨大 的飞跃。随着喷涂机器人的 设计与制造技术 的 不断创新， 喷漆机器人的喷涂精度得到了巨大的提高，使得喷漆机器人在世界发达国家 得到了广泛的 应用。 国内喷漆机器人的研究概况 国内 的喷涂机器人的研究始于二十世纪八十年代。最早的 喷涂机器人 的研究 是 由 北京机械工业自动化研究所机器人中心 所进行的 ，从七十年代初就开始了工业机器人 的制造技术 及其应用 方面的研究。改革开放以 来由于国内 的 汽车制造业和大型的机械制造业的发展和需求， 国 内 的许多汽车 制造 厂家和 大型机械的制造 公司也正在开发和研究适合自己 企业实际生产状况 的喷涂机器人。同时许多国外 的 知名喷涂机器人 制造 厂家 也 纷纷与国内 的 企业合作或者 是 在国内设立分公司。如日本的安川 司与国内首钢合作，生产和研发多种用途的 工业机器人； 司也在 上海和北京设立分公司，主要销售 用于 喷涂和非 用于 喷涂 的 两类工业机器人。到目前为止，喷涂机器人己成为国内市场上 数量 最多的工业机器人之一，但国内 生产厂家 自主 研发和生产的喷涂机器人一般买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 性能不够稳定 、 重复定位精度低 、 使用寿命短 、 喷涂质量不好 ，至今还未成功 地应用于汽车车身 涂 装 生产线 或者是其他需要包装机械的生产线。国内使用喷涂机器人进行汽车车身 涂 装 的汽车制造厂家基本上 是 采用国外 喷漆机器人制造商的喷涂机器人和生产线，但是 普遍存在故障排除 困 难、兼容性差、维修 困 难、升级 困 难等问题，从而难以真正发挥设备 本身 的作用。绝大部分 中小型企业还是采用人工喷涂，绝大多数喷涂产品的质量不太理想，同时喷漆的浪费比较大，工人劳动强度大，工作时间短 ，而且涂料 内的挥发物质 对人体健康有很大的损害，因 而开发 研究 和 制造 生产适合于国内 厂家 生产实际 状况的高精度的喷涂机器人是十分必要的。 本文研究主要内容 以及背景和意义 随着改革开放和我国加入 世贸组织，近几年来我国的汽车制造业高速发展起来。汽车制造业在自身发展的同时也促进了机械制造业的发展，其中对工业机器人发展的促进作用尤为显著。在汽车制造生产过程中，汽车车身的涂装是最主要的生产工艺之一。涂装质量的高低决定了汽车表面的耐腐蚀能力的强弱 、 使用寿命的长短、汽车是否美观，而且人们在购买汽车时，对于汽车产品最直接的评价就来源于汽车的外观，因此喷涂质量的高低直接 影响了一个汽车产品在市场中的竞争能力 和生产厂家的经济效益。 喷漆机器人具有轨迹灵活、柔性大、操作简单、维修方便、利用率高等特点。所以在汽车制造业中喷漆机器人应该是首选的涂装设备。然而我国的工业机器人的起步较晚、技术比较落后，间接导致了我国自行生产的喷漆机器人在控制精度 、轨迹运行精度、喷涂质量、工作稳定性、使用寿命、性价比等方面上与发达国的喷漆机器人存在着较大的差距。目前我国的部分汽车生产厂家还在使用轨迹灵活度较低、柔性差的自动喷涂机来进行汽车车身的涂装，少数企业虽然采用了外国设备制造商的喷漆机器人，但是仍然存在着价格昂贵、维护费用高、兼容性低等问题，从而导致了竞争力和经济效益的下降。因此实现高质量的喷漆机器人的国产化，对于我国工业机器人的发展和汽车制造业的发展具有十分重要的意义。 本文以用于汽车车身的喷漆机器人为研究对象，对喷漆机器人的结构设计进行了研究。全文主要内容如下： 定了各个关节的传动方案。根据设计要求里的工作空间的要求，通过简单的计算方法，确定了两个手臂的长度。 用 制出了主要零部件的零件图和一张总装图以及腰 部回转部分的部装图与腕部回转部分的部装图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 料力学、 动力学、 物理学的知识并且根据 机器人 技术参数计算出各个关节的转动力矩和功率， 再查找机械设计手册，选择了符合要求 的驱动部件和传感器。 要的传动部件的设计计算和校核 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 2 章 总体结构设计 确定驱动系统 驱动系统 工业机器人的驱动系统是直接驱动整个机器人完成指定动作的机构， 而且 工业机器人的驱动系统是机器人 上的一个十分重要的机构 ， 对工业机器人的性能和功能以及维修是否方便有很大的影响。如果没有 一个 有 效的伺服驱动系统，无论机器人具有多么精确的控制系统和 多么 敏感的传感的系统，也是无济于事的。 当今世界上 工业机器人的动作自由度 都比较 多， 以便能完成复杂的动作，其中多为五自由度和六自由度。这些工业机器人的旋转 速度 和直线移动速度都 比较快， 而且定位精度十分高，它们的 驱动元件大多安装在活动支架上。而且由于施工现场的空间 是 有限的 ， 所以 绝大多数时候要求工业机器人所占的空间 要 尽可能的小 ，以便在有限的空间尽可能的完成多个工序 。综合以上特点 ， 设计时要求工业机器人驱动系统的设计 原则 是 必须做到外型小、重量轻、工作稳定可靠。另外，由 于工业机器人能 在工作空间内 任意多点定位， 而且 控制以及驱动程序又 是 灵活多变 的 ，所以在一些结构比较复杂 和多自由度的 工业 机器人中，通常采用伺服驱动系统。 目前，工业机器人的驱动方式主要有液压 驱动、电机驱动和 气压驱动 三种。 液压驱动 系统 的特点主要是运行稳定可靠，但是 速度比其他两种驱动 慢而且 外部 管路较多 ，容易泄露 。 气压驱动的特点主要是响应速 比较 度快， 广泛应用于数控机床等设备中， 但是存在管路漏气的现象 ，维修 比 较麻烦 。 电 机 驱动方式具有以下特点：动力源简单、负载小、调速范围大 、无需配管、维修 及 使用方便、使用寿命长等特点。此外 ，由于近年来电机都 采用新型磁性材料，伺服电机的 特性得到提高，同是又研制出电子线路稳定性好、效率高的电驱动方式，而且 这种驱动方式和控制系统信号 可以保持 一致，又便于和计算机连接 或者是单片机相连 ，能实现精密控制，可用于程序复杂、运动轨迹 精度 要求严格的工业机器人。因此，综合考虑后决定电驱动方式 6 确定驱动机型和自由度 由于工作需 求的不同以及工作对象的不同，因此工业机器人的驱动 机型有多种结构形式 ，主要包 括直角坐标系机器人、圆柱坐标机器人、极坐标机器人、多关节机器人买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 直角坐标系机器人只能 在 x、 y、 z 三个方向上作直线运动， 因此 控制方便 ，结构十分简单，设计比较方便。 但是其只能作直线运动，所以局限性比较大，只 能在特定的工作场合 下工作。圆柱坐标机器人的工作范围 是一个 类似于 圆柱面 的表面 ，操作方便 和控制方便 是它最大的优势，但是它跟直角坐标系机器人一样有着极大的工作局限性。极坐标机器人 是一种 可以做腰部的旋转运动，手臂部分的一个旋转运动以及一个直线运动 的工业机器人。多关节型机器人的运动空间比前三者 大，可以完成十分复杂的动作 ，运动轨迹灵活多变 ，自由度多而且结构 相对 简单 。 综上所述，喷漆机器人的驱动机型选用多关节型 。 又因喷漆机器人的负荷小， 运动 速度低，而且根据设计要求 ，所以 采用六自由度。因此 本文设计的喷漆机器人是一种 六自由度关节型机器人。 喷漆机器人的运动参数 关节 1，既腰部的旋转运动，旋转范围 ： 170，角加速度 ： /2 s。 关节 2，既大臂的俯仰运动，俯仰 范围： +135至 加速度 ： /2 s。 关节 3，既小臂的俯仰运动，俯仰 范围： +168至 加速度 ： /2 s。 关节 4，既腕部的旋转运动，旋转范围 ： 185，角加速度 ： s。 关节 5，既喷枪的俯仰运动，俯仰 范围： 120，角加速度 ： 2 s。 关节 6，既喷枪的旋转运动，旋转 范围： 360，角加速度 ： 2 s。 喷漆机器人的整体结构形式 ： 铰链四杆机构。 手腕的负载能力 ： 5手臂的负载能力： 10 重复定位精度： 驱动类型：直流伺服电机。 自由度数： 6。 安装方式：水平地面 。 各个关节的结构形式和平衡方式 一般 的工业机器人 有 5 个 左右的 结构复杂的结构件，即：底座 、 腰部转动台支架 、大臂、小臂和手腕部。目前大臂和小臂的结构比 较流行的是中间有多层圆筒形套装梁结构，外型像哑铃，多为焊铸件组合结构。还有就是箱形结构，就整体来说就是比较复杂的箱体，多为铸件。为了减轻小臂的重量和大臂的负载，小 臂 采用空心管结构，材料是铝合金。 为了增强大臂的强度，同时尽可能的降低大臂的 重量，大臂采用 实心的立方体结构，材料同样是铝合金。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 手臂 的 平衡：为了减小驱动力矩和增加运动的平稳性，大臂和小臂 原则上说都要进行平衡。但当负载较小，臂杆的重量较轻，关节力矩不大，驱动装置有足够的容量时，可以省去平衡。对于喷漆机器人的设计，由于末端执行器的重量约为 3臂和小臂的总重量约为 60 70此在这里采取一定的平衡措施。对于小臂的平衡，在这里小臂采用 铰链四杆 的结构方式，这种结构通过后杆的质量来平衡腕部的质量，同时电机也可以放在腰部 回转盘上 ，从而减轻大臂的负载 14。 腕关节的传动机构 图 关节结构 示意 图 1 图 关节结构 示意 图 2 腕关节的结构示意 图如图 图 示。图 腕部的俯视图，图 腕部的主视图。如 图所示，腕部有三个自由度，分别由三个减速电机驱动的 。 因为市场上的减速电机的输出端的轴的轴径都比较小而且十分短，故这三个减速电机需要订做，对输出端的轴进行适当的加粗加长。 这里采用减速电机的原因是：减速电机是由减速器和电买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 机组成的整体，减速电机的驱动力矩比较大而起减速电机比较容易安装固定。 如图，减速 电机 1 带动回转套绕 z 轴回转， 减速 电 机 2 带动喷枪绕 y 旋转， 减速 电机 3 带动整个腕部绕 x 轴旋转。带动整个腕部旋转的 减速 电机 3 固定在一个圆盘上，由于小臂是空心管的结构形式，故 减速 电机可以放入小臂内部，再通过圆盘固定在小臂末端。带动回转套 旋转的 减速 电机 1 和安装在回转套内部的 减速 电机 2 可以使喷枪分别绕 x 轴旋转和绕y 旋转，这样的两个运动的合运动可以使喷枪每一时刻都正对喷涂表面，提高喷涂质量，使喷漆均匀。 三个运动的合运动 可以使喷枪运动到工作范围的各个角度，能十分有效的运用于结构复杂的零件喷涂加工中。 小臂的传动机构 图 臂关节结 构 示意 图 小臂关节的传动系统结构简图如图 示。小臂 做 +135至 仰运动，从而调节整个腕部的空间位置。大齿轮和小 齿轮组成一个具有一定减速比的齿轮组，其中大齿轮所在的轴通过大臂 底部的通孔 与底杆连接在一起，连接形式可以是键连接或者是无键连接， 由于此处的键连接的轴向定位比较麻烦，所以 这里采用无键连接，具体采用在包装机械中被广泛 运用的胀紧套。 胀紧套具有对中精度高、安装 /拆卸方便、强度高、连接稳定可靠等优点。小齿轮所在的轴 通过联轴器与减速电机连接。电机布置在回转盘上，这样既能减少大臂 的负载， 同时也可以和大臂杆的驱动电机形成一定的平衡。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 因此，电机带动小齿轮转动，然后小齿轮带动与之啮合的大齿轮转动，从而带动底杆转动，通过 铰链四杆机构实现小臂 的俯仰 运动 。这里的 铰链 四杆机构 的后杆与底杆 既可以平衡 手 腕部 分和部分小臂 的重量，也可以使驱动电机置于腰部回转盘上 ，避免电机安装小臂末端，减少大臂所承受的负载 。这个四杆机构在设计时应该尽可能的减少 底杆和后杆的 重量，使之与腕部的质量接近，而且其所占空间也应该尽可能的小，综合考虑选择曲柄摇杆机构， 具体尺寸会在下 一 章根据工作空间所设计的手臂的长度 给出。 大 臂的传动机构 图 臂关节结构 示意 图 大臂关节的传动系统示意图如图 大臂的俯仰运动和小臂的俯仰运动的配合将实现 手腕部分 在 工作 空间 内 的定位。 大齿轮和小齿轮组成具有一定减速比的齿轮组。 大齿轮所在轴与大臂 底部的通孔 连接，具体形式和底杆的连接形式相同，采用胀紧套连接。小齿轮所在的轴通过联轴器与减速电机相连。电机布置在腰部回转盘上，与驱动小臂的电机对称 布置 。因此，减速电机带动小齿轮转动，再带动大齿轮转动，从而带动整个大臂做俯仰运动。 这种传动方案的优点是结构简洁有效 、 传动精度较高 、通过电机自身的 调速省去了买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 一对齿轮组从而减轻了整个腰部的负载 。在安装时，驱动大臂的电机和驱动小臂 的电机对称布置的方式这样有利于腰部回转盘的重量平衡，使整个结构稳定，防止了颠覆。这种结构也减小了腰部回转盘的转动力矩，减轻了带动腰部回转的电机的负担。 腰部的传动机构 图 部关节结构 示意 图 腰关节的结构示意图如图 腰部旋转和大臂的俯仰以及小臂 的俯仰共同 配合将实现腕部在空间任意位置定位。腰部主轴与腰部回转盘用螺钉相联，大臂和小臂的驱动电机固定在腰部回转盘上的电机座上。腰部主轴是空心轴，通过键 与 力 矩 电机相连。因此，力矩电机带动腰部主轴旋转，从而使腰部回转盘旋转。精度控制方面，会在电机后部安装光栅编码器来实现对电机回转角度的控制 15。 这种传动方案是通过直流力矩电机直接带动整个腰部回转，免去了不必要的结构，简洁有效，降低了成本。 本章小结 本章 主要介绍了喷漆机器人的驱动方案的选择以及确定了 技术指标。完成了机器人的总体传动系统的设计。并给出了各关节的传动方案，同时进行了必要的分析论证，在这之后设计了各个关节传动机构和大体上的连接方案。说明了每个传动方案的优点和不足，并给出了需要校正的零部件 的方法。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第 3 章 喷漆机器人机构设计 喷漆机器人数学模型的建立与分析 设计的喷漆机器人所需要达到的最大覆盖范围是 m 。根 据设计方案和预先假设，暂定大臂 长 1m，俯仰范围 +135至 臂 长 仰范围是 +168至部直径 转范围是 170。 在建立数学模型之前，假设喷枪是一个不计体积的 点，由于小臂 末端至喷枪的距离约为 以在讨论时小臂 的长度为原小臂杆长度加上 共为 要论证的数学模型是：假设大臂和小臂 为不计体积的细长直杆 1 和直杆 2，长度分别为 1杆 1 固定在回转范围是 170的圆盘上，其俯仰范围是 +135至 杆1 的另一端连接着细杆 2，细杆 2 的长度是 时细杆 2 可以相对于细杆 1 做俯仰范围是 +168至 要验证的是，细杆 2 末端的最大运动范围是否是喷漆机器人的最大覆盖范围 m 。如果超过喷漆机器人的最大覆盖范围，则假设的尺寸符合要求，如果小于喷漆机器人的最大覆盖范围，则需要重新制定各部分的尺寸。 图 作的空间模型 论证的细杆 2 末端所要达到的运动范围如图 示。在论证时，假设大臂 与腰部回转盘的链接点 i 在线段 延长线上，由于腰部回转盘的旋转范围是 170，所以只需要验证一般空间即可，另一半与之对称。综上所述，我们现在的论证空间是论证时只需要验证细杆 2 的末端能否达到空间 八个顶点即可。如果能在各个细杆的运动范围内达到这八个顶点，那么细杆 2 的末端必然能够达到空间内的其他点。 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 面 作极限位置模型 假设细杆 1 和圆盘的连接点 i 在 段的 延长线上， 表细杆 1， i 与 a 图 示，当工作平面在 ，达到各极限位置时细杆