喷漆机器人设计-大臂系统设计（全套含CAD图纸）
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：（3号楷体）学 号：（用3号楷体）专 业：（用3号楷体）设计(论文)题目：（用3号楷体）指 导 教 师:（用3号楷体） 年 月 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 文章阐述了机器人在机械制造喷漆中的发展，并分析了机械的组成部分及其工作原理和设计的过程。同时阐述了喷漆机器人在国内外的发展状况，以及机器人的分类。最后阐述了该课题的意义，及主要研究内容及研究方法。关键词 机器人 ，喷漆机器人 ，自动喷涂 1 喷涂机器人概述目前，喷涂机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给喷涂机器人下的定义：喷涂机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对喷涂机器人作如下定义：喷涂机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷涂机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。喷涂机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用喷涂机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力1-2。1.1 喷涂机器人功能 根据所处的环境和作业需求，喷涂机器人具有可进行自动喷漆或喷涂其他涂料功能（如视觉，力觉，触觉等）。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型喷涂机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用机电缸实现其移动以及对零件自动喷漆或喷涂。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动3-4。1.2 喷涂机器人的发展喷涂机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代喷涂机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型喷涂机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代喷涂机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代喷涂机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用4。1.3 喷涂机器人的总体结构喷涂机器人的组成及各部分关系概述：它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。(1) 执行系统：执行系统是喷涂机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。(a) 末端执行器：机器人为了进行作业而配置的操作机构，直接喷漆工件。(b) 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变末端执行器的工作方位。(c) 臂部：联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。(d) 机身：机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。(2) 驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有机械传动、机电传动、气压传动和电传动。(3) 控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。(4) 检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需 要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。 实践证明，喷涂机器人可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机器人是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途4-8。2 不同驱动系统喷涂机器人的比较喷涂机器人的驱动方式可分为四种：(1) 气力驱动式的机器人：气源压力一般只有60Mpa左右，适宜小的场合。(2) 液力驱动式的机器人：结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。(3) 电力驱动式的机器人：无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。(4) 新型驱动式的机器人：例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等4。3 喷涂机器人3.1 机器人结构(1) 手部：是机器人与工件接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。(2) 手腕：是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。(3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。(4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。机器人的立柱通常为固定不动的。(5) 机座：是机器人的基础部分。机器人执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用7。3.2 机器人的分类(1)根据所承担的作业的特点，喷涂机器人可分为以下三类：(a)承担搬运工作的机器人：这种机器人在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工喷漆机器人。(b)生产工业用机器人：可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。(c) 专用喷涂机器人：其用途广泛，可以完成各种工艺作业9。 (3)按驱动方式分：(a)机电传动机器人(b)气压传动机器人(c)机械传动机器人(4)按控制方式分：(a)固定程序机器人：控制系统是一个固定程序的控制器。程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。(b)可编程序机器人：控制系统是一个可变程序控制器。其程序可按需要编排，行程能很方便改变10-15。4 结束语本课题通过应用AutoCAD 技术对喷涂机器人进行结构设计和机电传动原理设计。它能喷漆机器人的研究是有必要的，也必将成为新一代替代人力，喷涂机器人的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。相信未来喷涂在机械工业中将发挥越来越重要的作用。参 考 文 献1 徐灏.机械设计手册3M.北京：机械工业出版社,1998.2 徐灏.机械设计手册4M.北京：机械工业出版社,1998.3 徐灏.机械设计手册5M.北京：机械工业出版社,1998.4 张建民.工业机器人M.北京：北京理工大学出版社，1994.5 工业喷漆机器人编写组.工业喷漆机器人-机械结构上M.上海：上海科学技术出版社,2005.6 机床设计手册编写组.机床设计手册3M.北京：机械工业出版，1999.7 丁树模.液压传动M.北京：机械工业出版社，1998.8 颜永年.机械制图M.大连：大连理工大学工程画教教研室，1998.9 李恒权，朱明臣，王德云.毕业设计指导书M.山东：青岛海洋出版社，1990.10 王栋梁.机械基础M.北京：机械基础，1995.14 李允文.工业喷漆机器人设计M.机械工业出版社,北京，1996. 12 黄鹤汀.机械制造技术M.北京：机械工业出版社，1998.13 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，200614 Suk-Han Sun,Jung-Jae Lee. Prototype Intergrated Robotic Painting System: Software Development J.Journal of Manufacturing Systems, 2005,10(12):314. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 要研究的问题了解喷漆机器人的特点：根据喷漆机器人的特点，执行系统一般包括手部、腕部、臂部、机身机座等，其中最主要是运动系统。喷漆机器人主要由执行系统、驱动系统及控制系统三部分组成。腕部、臂部、机身是将手部抓取的工件或工具进行搬运或操作的部件。驱动系统是驱动臂部、腕部、手部和喷漆机器人整体运动机构动作的动力装置，常用的驱动方式有液压、气动、机械、电气或其他的组合。控制系统是支配喷漆机器人按规定程序和要求进行运动的装置，他们主要用来控制：位置（点位控制或连续轨迹控制）时间、速度 和加速度等参数喷漆机器人与主机及其它有关装置之间的联系。喷涂机器人系统总体方案的内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。应根椐设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行总体分析和论证，最后确定总体方案。伺服系统的选择：旋转、摆动机构采用开环控制系统，选用快速步进电机。开环控制系统无检测元件，系统结构简单，造价低，调整和维修都容易。执行机构传动方式的确定：为保证系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装配时，应考虑以下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。（2）尽量消除传动间隙。（3）缩短传动链。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动误差。可以采用预紧以提高系统的传动刚度。例如，在丝杠的两支承端轴向固定，并加预紧拉伸的结构等来提高传动刚度。2 要采用的手段1) 在学校图书馆查阅相关资料。通过书籍和网络查找最新的喷漆机器人设计的发展动向，尽量在保证原来参数的基础上，采用最新的一些结构，这样才能使设计具有实用性和时代性。2) 通过老师的指导。通过老师的指导，可以便捷地设计步骤。3) 通过浏览因特网上的相关资料。网上有很多关于喷漆机器人设计指导。4) 用相关的绘图软件画出零件图和装配图。学习AutoCAD等软件，绘出零件图和装配图
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