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喷涂
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喷涂机器人,喷涂,机器人
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常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 二 级 学 院： 机电工程 专 业： 机电一体化 班 级： 海本机电 141 学 生 姓 名： 李福临 学 生 学 号： 1404193106 设计（论文）题目： 喷涂机器人的结构设计 指 导 教 师： 孙磊厚 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 毕业设计（论文）任务书 专业： 机电一体化 班级： 海本机电 141 姓名： 李福临 一、课题名称： 喷涂机器人的结构设计 二、主要技术指标（或基本要求）： 分结合实际案例，设计的内容可理解、思路清晰、归纳分类合理，有一定明确的结论。 用先进的设计理论、设计技术，尽量使得设计的内容依据在一定的事实上展开； 文结构及内容要求体现课题中心，突出重点内容，具有一定逻辑性，体现一定的研究价值； 用图表，并配以详细文字说明，清晰地表述主要内容。 三、主要工作内容： 1. 阅读、理解 设计任务书； 2. 查阅收集喷涂机械手相关资料； 3. 确定设计内容及方案； 4完成开题报告； 5进入设计阶段，画出机械手三维图以及工程图。 6. 撰写毕业论文。 四、 主要参考文献： _ 1 杜祥瑛 M2004 2 黄珊秋 M2005 3吴振彪 M 4张陪金 M2009 学 生 （签名） 年 月 日 指导教师 （签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 二级学院领导 （签名） 年 月 日 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 业设计（论文）开题报告 专业 机电一体化 学号 14041193106 姓名 李福临 设计（论文题目） 喷涂机器人的结构设计 一课题研究的背景意义 机器人是人类高度智慧下研究出的一种设备，他的运做方式，运动过程是在人类控制下实现的。目前机器人完成的动作单一，但机器人能够持续长时间工作。可以兼顾持续工作和加工精度，并且还可以在恶劣有毒不适宜人类工作的环境下工作。机器人是国家大型工业装配机器中必不可少的一部分，这种工业设备可以代表一个国家的自动化水平，这也就在提醒我们要努力研究，让我们的国家赶上世界先进水平。 我研究的是能对工件表面进行喷涂操作的机器人，一般被称为喷涂机器人。这种机器人在工业中主要负责对零件表面进行喷涂加工，在其他领域也有喷涂机器人的应用，比如农业上使用喷涂机器人对农作物进行喷洒农药。现在也是大量的应用到农业中可以避免因人直接喷洒农药对身体产生的危害。机器人喷洒还可以有效的减少药物或者油漆的浪费，大大提高资源的利用率。 二、课题研究的主要内容： 1，先查找资料并对喷涂机器人的工作原理和具体的工作流程进行深入的探究 2，分析机器人的控制结构，明确其控制系统的流程 2 根据大小臂所受载荷和结构特点，选择手臂高强度且轻质的材料和合理的结构 3，设计机器人的零件图 4，画出机器人装备图 三、主要研究（设计）方法论述： 本论文主要是分析喷涂机器人的结构设计。 1、根据机器人的用途和功用，确定其类型。 2、分析机器人的运作流程明确其工作时机械手上所受载荷。 3、根据工作情况分析，判定机器人上的失效形式，进一步确定计算准则。 4、确定主要的数据，选择零件的材料，考虑减轻质量确保能够承受负载。 5、对机器人进行结构上的分析。 6、绘制机器人的三维零件图。 机械零件进行研究。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期） 工 作 内 容 6 月 1 日 选题，领取毕业设计任务书 6 月 16 17 日 查资料，完成开题报告 6 月 18 19 日 查资料，收集所涉及的元件类型参数 6 月 19 21 日 构思设计方案，确定总体设计要求 6 月 21 24 日 对设计进行具体分析，确定 =软硬件的具体设计方案 6 月 25 7 月 7 日 撰写设计报告 6 月 25 7 月 7 7 月 8 7 月 9 日 检查，修改，完成初稿 7 月 10 11 月 15 日 完成毕业初稿并提交 11 月 15 20 日 毕业设计报告修改以及定稿打印 11 月 15 日 毕业设计答辩 五、指导教师意见： 签名： 年 月 日 六、院（系）意见： 签名： 年 月 日常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 1 目录 摘 要 . 2 . 3 第一章 绪论 . 4 题的研究及背景意义 . 4 涂机器人的特点及其发展现状 . 4 题国内外现状及研究的主要成果 . 5 存在问题和 未来解决问题 . 5 第二章 总体结构设计 . 6 定驱动系统 . 6 动系统 . 6 定驱动件和自由度 . 6 漆机器人的运动参数 . 7 个关节的结构形式和平衡方式 . 8 章小结 . 9 第 3 章 喷漆机器人分部设计 . 10 漆机器人模型的建立 . 10 部设计 . 10 机的选择 . 10 臂的设计 . 10 臂设计的总体要求 . 10 臂的设计 . 13 臂设计的总体要求 . 13 关节的设计 . 15 传感器的选择 . 16 第四章 运动仿真验证 . 17 结 论 . 18 答谢辞 . 19 参考文献 . 20 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 2 摘 要 喷漆是通过喷枪借助空气的压力，把漆通过 空气的压力均匀且细微的喷涂在目标的表面。目前的喷漆方法有空气喷漆，无气喷漆和比较复杂的静电喷漆。 本文研究的是工业喷涂机器人，本次设计选择关节机械结构的机器人设计，这种机器人可以有多个自由度，本次设计选择三自由度机器人设计，各个关节采用液压驱动。可以适用与不同物体的喷涂。 本文完成了 3 自由度关节式喷漆机器人的结构的设计，实现了最大覆盖范围内自动喷漆的功能，达到了预期目标。 完成了对喷漆机器人的 方案 计划。机器人 可实现 3 个自由度 的运动， 分别为：小臂 的 俯仰 运动 ，大臂 的 俯仰 运动 ，腰部 的 回转 运动 。 此 工业 喷涂机器人，立柱可以绕着底座进行旋转。机身可以移动，喷涂手臂可以移动。驱动立柱的电机可安装在底座上，其他机构可以采用液压驱动的方式。机械人本身的重量很重要，材料钢材机械手的重量就太大了，所以本次设计可以选择使用硬铝材料加工。可以减少工业喷涂机器人本身的质量。 关键词 ： 喷漆机器人；关节式；结构设计常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 3 is of of on of be as as In s of in to We on s is a a it be a If is as to of is a to If do a of a to So it is to an of of of of of of of is by be to of be be be of be on be by a of is is so of 州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 4 第一章 绪论 题的研究及背景意义 机器人是人类高度智慧下研究出的一种设备，他的运做方式，运动过程是在人类控制下实现的。目前机器人完成的动作单一，但机器人能够持续长时间工作。可以兼顾持续工作和加工精度，并且还可以在恶劣有毒不适宜人类工作的环境下工作。机器人是国家大型工业装配机器中必不可少的一部分，这种工业设备可以代表一个国家的自动化水平，这也就在提醒我们要努力研究，让我们的国家赶上世界先进水平 机器人发展将近一个世纪，在越来越多的场合，如军事，工业，化学都可以见到机器人的身影。机器人的主要作用就是在危险的，重复率高的场合有效的保证人身安全，改 变生产者的劳动环境。提高加工精度和劳动效率。 我们今天设计的是对工件表面进行涂覆的机器人，我们可以称为喷涂机器人。这种机器人在工业另据主要是对零件加工表面进行作业，在农业领域也有喷涂机器人，常见的有喷洒农药机器人，这种对农作物喷洒药物的设备，都是一种现代化的机械设备，可以效的控制对人体中毒的中毒率，对人体不好，而且加工的时候利用机器人还可以提高产品质量和稳定性能。利用机器人喷洒可以减少药物或者油漆的浪费。加强在生产生活的工作效率。 涂机器人的特点及其发展现状 我们知道在的几家大厂，比如比亚迪汽车制 作业，富士康电子产品的生产和制造过程中，都会有工件表喷涂的作业。最近通过网络招聘平台可以了解到到机械加工行业中生产的数控机床，农用播种机，航吊等大型的机械都对外表面有着很高的要求。因为在产品销售来说，一个完美的外观是一个设备能不能销售出去的。对此我们接受的比较明显的就是笔记本电脑，手表的外观。如果表面喷涂没有做好，那么这个设备就失去了最基本的竞争力。因此我们对表面的喷涂技术有更高的要求。 传统的表面处理都是用人工处理，一手拿着喷壶和纱布进行作业。在每一次喷洒的过程中都会有一些有害气体出现，比如：苯，甲醛等对 环境有害的气体，这种气体会产生大量刺鼻的气体，这种气体就会制约生产能力。 自动加工机器人由于可以自动加工，不会出现中毒效果。机器人可以在这种极度危险的工作环境下稳定的工作，并且在自动化的路上不断拓展。 自动喷涂机器人区别于人类最大的特征就是不受车间有害气体的干扰，可以在重复无数次工作后还能够高精度的定位。所以喷涂的质量很稳定， 如果加工一批产品。 数量数千或者数万就可以利用人工修饰。机器人的运动是根据程序控制的，如果想要不同层次，不同物品的表面，可以重新变成，满足不那个的工件喷漆。这种自动喷涂机器常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 5 人在涂装领 域很有发展前途。 自动喷涂机器人是机械人中比较特殊的存在， 自动喷涂机器人在工作的时候是在相对密封的工件进行加工，喷出的漆是易燃易爆的，如果机器人在运动的时候，摩擦起电或者是稳定过高就是让这些油漆或者是易燃物点燃，引发火灾，在密封的空间里，火灾的发生往往会伴随着爆炸，这样会对经济造成损坏。在设计机器人的时候，一定要完全考虑这一点。并且在工作的时候机器人一定要在安全的工作区域工作，不能靠近工件。如果在机械喷涂过程中有不同颜色的要求，可以采用不同的料箱，满足不同的需要。 课题国内外现状及研究的主要 成果 自动喷涂机器人的发明是在上个世纪的六十年代，主要是的组成是由机器人本体，放置机器人的油箱和喷头组成。这种机器人一般才有多自由度机构，可以让机器人的手臂有较大的运动空间，可以做出逼近人手的工作。 存在问题和未来解决问题 机器人存在的问题和要 解决的问题主要是位置精度方面，在机器人工生产的时候，由于制造误差，装配精度等问题，对机器人本身的尺寸结构有了误差，或者是在外界温度和长期使用下行程的磨蹭都会引起机器人位置的误差。还有就是在搬运或者是操作失误对机器人造成的运动误差都会影响机器人的位置和加工精度。在实际加工生产的时候如果想解决这种问题，第一点就是在 3D 软件中画出 3D 模型，在 3D 模型中进行数据对比和数据测量，然后再软件中进行机械装配的机器人运动仿真分析，根据每个位置不同的运动误差进行加减位置补偿，这样可以保证在实际加工设计中的位置精度。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 6 第二章 总体结构设计 确定驱动系统 驱动系统 工业用途的机器人要根据规定完成下要的动作，机械手的运动机构是一个非常重要的东西，没有运动机构整个机械人是无法运动的，如果机器人在使用过程中出现功能错误或者是控制精度有误差，机器人是无法正常工作的。现在我们国家生产了很多类似的工业机器人，这种机器人可以利用高自由度来模拟人的动作，为的是能够让机器人更加逼近人的动作。可是这种机器人过于复杂，有时候的还会造成资源浪费。 所以我们在设计适合，要求设计的工业机器人可以正常工作，本身 质量小，工作稳定等功能即可满足工作。 就当今社会的工业机器人发去趋势而言，主要的驱动机器人运动的方式只有三种，分别是液压驱动，电机驱动以及气压驱动。液压驱动的好处就是运行比较稳定，相似的比较常见的有千斤顶，就是一种液压机构，在运动过程中灵敏度比较高，利用压杆才走比较简单容易，其次就要分析气压驱动，这种驱动方式比较快，因为只要将管道和气压泵链接在一起就可以接通压力原件，但是这种东西一不小心就会出现漏气的动作，如果气压泵不进行 工作等等问题都比较麻烦，而且这种气压传动的力气比较小，不能实现大的载荷。所以比较一下，我们就可以简单的知道会选择液压驱动。 确定驱动件和自由度 关节机器人 :什么是关节呢，可以简单的理解为两个活动的东西，比如膝关节。肘关节。这些都是医学术语。在机械加工中称之为运动副。但是这个运动副可以做出人的动作，像人的关键一样灵活，所以成为关节机器人。这种机器人一个功能是旋转一个功能是移动。功能灵活，覆盖范围广。但是机器人的范围比较大，占的空间比较多。一般的小工厂用不到。加工精度也比较低。可以用开做搬运之类的 工作！ 球坐标机器人：球坐标就是类似于球形的坐标，球可以做 360的旋转，那么球坐标机器同样也可以。这种球坐标机器人也成为及坐标机器人，这种机器人的特点就是比较灵活，可以随意的旋转，确定就是刚度差，精度差。为什么呢，因为灵活，设计的时候要设计轻巧便捷的，显然刚度就差了。 圆柱坐标机器人 :这种机器人的灵活性也比较好，但是刚度和精度也较好是一个比较全能的机器人。他的工作范围也比较大。 直角坐标机器人：没有见过这种机器人没有关系，可以看一下数控机床，和数控加工中心和数控铣床的功能差不多。刚度和精度效果很好，但是他 移动起来就不是那么灵活了，显得比较笨拙，加工的范围也比较小。本次设计选择关节机器人。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 7 喷漆机器人的运动参数 表 2数表 项目 技术参数 结构形式 关节式 自由度 3 活动范围 1 2 3 4 5 6 100 75 70 210 210 420 最大速度 2m/s 手腕最大负荷 5动方式 电液伺服驱动 重复定位精度 2教方式 示教手柄直接示教或修正盘示教 电源 向 50/6060爆级 本质安全防爆 2i 4G 环境温度 040 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 8 各个关节的结构形式和平衡方式 工业机器人的组成部件一般有 5 个， 底座 、 腰部转动台支架 、大臂、小臂和手腕部。 图 2座 通过对比当今社会的机械手臂的装配结构，可以知道就是一种套筒互相配合的零件，这种零件的材料都是铸件，生产比较简单，直径利用砂型铸造加工完成，铸造出来去除砂眼和渣滓之后，采用氩弧焊进行焊接加工，这种零件不能是实心零件，如果是实心零件那么就太重了，会大范围的加大机械机器人的负荷，所以本次设计可以才有铝材铸造加工面，空心零件，就可以减少大臂和小臂的重量。 手臂加工出来之后，不能想怎么运动就怎么运动，必须要直来直去哪样运动，这样运动需呀运动平衡装置开控制，也就是在机械手运动时候的平稳的，这种机器人在运动的时候没有说单 独一个位置讲究平稳，都是大臂和小臂一起讲究平很。假如说我们的驱动装置在机械手的大臂上面，整个机械手的喷头重量设置为 3 公斤，大臂和小臂加起来算作 70公斤，这样就需要利用铰链四杆链接结构，进行这个机械手臂的平衡装置的控制，本次设计机械手的平衡控制装置设计为弹簧平衡装置，材料可以选择弹簧材料就可以完成设计需要。 整个机械手的小臂机构可以在 90行仰符运动，在这个范围里面可以随意控制机械手手腕的空间位置，在这个位置里面可以满足任意一个位置的加工。和人类的手臂一样，机械小臂和大臂链接在一起就是机械小臂的末端和机械手臂的 末端进行连接。链接形式就是使用套链接或者是无键联接，或者是 键连接。这种零件的精度高，安装方便，常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 9 拆卸也方便等优点。 机械手手臂的大臂在进行运动仿真的时候，小臂也会进行运动仿真，这样配合运动的时候可以满足零件在工作空间里面最大范围里面的快速定位。机械手臂的大臂一段和机械手的底座材料螺纹链接，一段可以和机械手的小臂进行键连接。这个时候机械手采用液压缸外侧驱动，一段可以和转台运动，可以一起转动。本次设计选择方案是醉有效的加工方案。 本章小结 通过对比以上章节分析可以知道本次工业设计机器人的喷漆机械结构的机 动方案的选择的确定和每一次设计适合的设计指标。并且整个机器人的总体运动机构的分析，每一个各关节的运动方案都需要进行需要分析论证。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 10 第 3 章 喷漆机器人分部设计 喷漆机器人模型的建立 三维设计软件现在有好多，目前普遍被大家使用的有 G、 软件。本次设计选择 为模型建立文件。 腕部设计 电机的选择 手腕部电机的安装具体如下：带动喷枪旋转的减速电机 a 安装在回转套内带动 喷枪夹做旋转运动，从而使喷枪一直正对被加工的零件。带动回转套回转的减速电机 b 安装在回转套支架的外部一侧也就带动整个回转套进行回转运动。 带动整个手腕部旋转的减速电机c 与安装在回转套外侧的带有法兰盘的空心轴通过胀紧套连接在也一起，这个安装面与电机 b 的安装面垂直，减速电机 c 带动整个腕部做回转运动。 电机 a 带动喷头做旋转运动，故此电机应小巧灵便以减轻电机 b 的负担，因此电机 积小且能满足功率满要求。同时电机轴要与喷枪夹末端的空心轴通过胀紧套连接在一起，因此电机输出端的轴要进行适当的加粗加长。回转套的质量 也要尽量的小，所以材料为铝合金类材料。假设喷头的尺寸为 50200 的圆柱体，由已知条件知质量为3 柱体的转动惯量为： R2 m( 3= J 所以订做的减速电机 a 的额定电压为 220V，输出功率至少为 5w，速为 1300r/速箱减速比为 23。电机输出轴端要加粗加长处理。 电 机 b 带动回转套做回转运动。设回转套为 200200200 的立方体。设回转套 、电机、减速器、短轴、键、喷枪及喷枪夹的质量 共 5 所以订做的减速电机 b 的额定电压为 220V，输出功率至少为 11w，速为 1300r/速箱的减速比为 22。电机输出轴端进行适当的加粗加长，并且在末端开键槽。 电 机 c 带 动整个腕部 做回转运动。 电机通过胀紧套连接空心轴，所以电机输出轴也要进行适当的加粗加长。 设回转套为 232100350 的立方体。设 整个腕部、回转套支架、联轴器、短轴、电机、减速器等部件的质量估算为 12 所以订做的减速电机 c 的额定电压为 220V，输出功率至少为 6w，速为 1400r/速箱的减速比为 45，电机输出轴端要进行加粗加长的改进。 小臂的 设计 小臂设计的总体要求 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 11 小臂设计的质量设计应该能小就小。这样就可以减少支撑重量和驱动系统的负担。并且机器人在运动过程中产生的运动载荷和整个机器腕部的重量。 喷涂机器人的机械手臂长度、各个关节间的活动区间影响着运动范围区间。这也影响着机器人的性能和实际工作中的效率和产生的效益。所以在设计机器人的最初就要使其满足能够充分完成所要执行的目标的要求。所以在设计机器人的时候要充分考虑到手臂要满足质量轻，又要满足工作和使用过程中的强度和灵活性。当然承受机器运动所产生的偏转力又要注意减少所受到的运功冲击，还要注意整个机器由运动间隙导致的偏差和失误，这里可以使用缓冲和定位装置就可以保证机器的定位精度。 为了提高喷涂机器人的灵敏性，机器人的小臂俯仰机构使用铰链四杆机构来构成，采用铰链四杆的原因就是直流伺服电机放到腰部回转盘上，这样伺服电机就不会放置在整个机器手臂上也就减轻了整个机器手臂的负担和运动中所受到的冲击，从而达到了整个机器人的灵敏度。 小臂在加工时应该选择铝材加工，因为铝材加工比价轻，可以选择硬铝或者是铝合金。可以选择铸造或者是加工都可以，加工的时候可以选择数控车床或者是数控铣床加工，都是圆柱形可以考虑用数控车床，如果形状复杂可以用数控铣床。 图 3臂 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 12 图 3控铣床 表 3床的参数 工作台面尺寸 （长宽） 405 1307（ 主轴锥孔 /刀柄形式 24 工作台最大纵向行程 650配控制系统 作台最大横向行程 硬 0刀时间（ s） 轴箱垂向行程 500轴转速范围 606000( r/工作台 T 型槽 （槽数 距） 560速移动速度 10000（ mm/ 主电动机功率 进给速度 5 800（ mm/ 脉冲当量（ 冲） 作台最大承载 (700州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 13 臂的设计 臂设计的总体要求 喷涂机器人的大臂的作用主要在于承担小臂和四杆机构的固定铰链的重量，那么就意味着大臂在整个机器人中起着相当重要的作用。还有一点，在运行中大小臂的传动方式相同，都是通过液压缸完成的手臂俯仰运动。 为了保证机器人大臂的坚固、韧性还有抗压能力，所以整个大臂都被设计为实心的长方体。铝合金在密度、强度和抗腐蚀能力等方面上包括使用性能相比于一般的合金钢都处于优势，所以选用铝合金作为大臂材料优点很多。最重要在于可以减轻大臂的质量减轻某些原件的驱动负载，而且也可以减轻相关链运动的元件的负载。 大臂加工的选择可以是可以选择铸造或者是加工都可以，加工的时候可以选择数控车床或者是数控铣床加工，都是圆柱形可以考虑用数控车床，如果形状复杂可以用数控铣床。 图 3臂 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 14 件表 产品名称或代号 零件名称 各种零件 零件图号 序号 刀具号 刀具名称及规格 加工表面 备注 1 到 铣平面 2 铣刀 铣槽 3 刀 圆弧面 4 心钻 基准孔 5 花钻 钻孔 6 10刀 铰孔 7 锥 攻丝 8 刀 去毛刺，锐角倒钝 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 15 关节的设计 喷漆机器人的腰部关节的功能主要是承受大臂和小臂、腕部和驱动元件以及传动系统的重量。腰部的主轴和回转盘的使用螺钉连接起来，电机带动腰部主轴旋转，从而使腰部回转盘绕电机中心旋转达成所要求的指令。由于喷漆机器人的主要结构都被安装在腰部的回转盘，那么就要求整个结构和手臂在运行过程中都要保持平衡和稳定的稳定。至于安装增量编码器是因为回转盘精度很高必须在驱动原件上安装传感器检查电机的运动精度 。 图 3关节和底坐 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 16 传感器的选择 为保证喷漆机器人位置精度需要为各关节选择传感器。各个关节所作的运动都是回转运动，综合考虑各种传感器，选用增量型编码器 。增量型编码器能够物体的旋转运动产生信号。增量型编码器主要应用于数控机床及机械附件 、机器人、自动装配机、包装机械等 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 17 第四章 运动仿真验证 通过最终的 3D 软件分析比较，我们可以知道本次设计喷涂机器人可以满足工作的需要，可以在指定的范围内实现喷涂的功能，达到了预期的目标，这次的设计主要完成了下面这些工作首先机器人的运动方案完成了。可以实现预期自由度的运动，可以满足几个点的喷涂。为了更加清楚，更加完善我的毕业设计，我利用 件做出了一个运动仿真，德国人研发的一种现代化的，适用于科学生产，并且在发展到 本已经适用于中文汉字了。如果是学习数控编程的同学，可以用来做铣床或者车床的加工编程，如果是做模具的同学可以用来设计塑胶模具和冲压模具。我们学习机械的 可以用来做模型的建模和运动仿真分析。运动仿真分析师一种可以模仿实战运动的一种分析方法，这种分析方法可以在产品没有实战加工之前，利用软件分析的作用在电脑观察机器人每一个步奏的运动方式，看一下每一个点是不是自己预想的哪样，每一个点是不是自己考虑的那么准确。如果达不到自己事先考虑的考虑，就可以在 面进行修改和完善，只要自己的设计理念没有错，没有在原则上出现大的错误，我们就可以接受在做设计的时候进行改动。因为我们谁也没有做过这个东西，市场上面有的东西，就不能称为设计了。既然我们没有见过，不知道这个东西是什么样子 的，所以我们不可能一次设计成果，我们就要利用 个软件进行适当的分析，适当的验证。首先我利用 建模画出了零件的模型，画图每一个部分的简图，这个图形的内部结构是不完善的，我利用 模功能只是画出的机器人的外观，看一下在运动的时候能不能达到最大工作范围和碰撞，通过我的分析，我可以判断出是符合的。 图 4动仿真 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 18 结 论 在最初拿到论文题目的时候，我是很迷茫的但是经过慢慢的摸索查阅资料等。对于论文题目有了一定的理解可以顺利的打开文章的头绪，经过几个月最终顺利完成了论文。 本文完成了 3 自由度关节式喷漆机器人的结构的设计，实现了最大覆盖范围内自动喷漆的功能，达到了预期目标。 完成了对喷漆机器人的 方案 计划。机器人 可实现 3 个自由度 的运动， 分别为：小臂 的 俯仰 运动 ，大臂 的 俯仰 运动 ，腰部 的 回转 运动 。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 19 答谢辞 在常州信息两年的学习，从拿到论文开始的一知半解到慢慢的查阅资料逐步了解，到最后完成论文。虽然过程不是很容易但结果还是很让人欣慰的，虽然还会存在一些不足的地方但是我自己还是可以接受的。论文是对我们两年多学习的一个总结，我们每个人都应该用严谨认真的态度面对。 我很感谢在学校期间的每一位老师和同学，他们给了我很多帮助无论是学习还是生活上，能够遇见他们是我最幸福的事情。是你们让我在学校的两年度过的充实而又快乐。毕业后我也会一直记得常信的点点滴滴，最后再次感谢各位老师和同学，谢谢你们。 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 20 参考文献 1 杜祥瑛 M2004 2黄珊秋 M2005 3吴振彪 M 2006 4张陪金 M2009 5林义忠 六自由度喷涂机器人动力学分析 2014 6王思思 论实用功能在在设计历史中的演化历程 2015 7李发忠 静电喷涂机器人变量喷涂轨迹化关键技术研究 江苏大学 2012 8邹泽昌 基于 三维数字化技术制图改革 2014 9石银文 快速发展的机器人喷涂技术 2007 10左世全 机器人改变中国制造 中国经济和信息化 2012 11南倩 工业机器人的局部标定 现代电子技术 2012 12侯福来 新型喷漆机器人的分析规划与仿真研究 M 江苏大学 2014 13蔡汉明 工业机器人喷涂运动学仿真研究 新技术新工业 2014 14高占东 喷漆机器人运动仿真 M 北京邮电大学 2000 15王孝贵 仿真服务机器人任务规划研究 安徽大学 2013 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 21 毕业设计（论文）成绩评定表 一、指导教师评分表（总分为 70 分） 序 号 考 核 项 目 满 分 评 分 1 工作态度与纪律 10 2 调研论证 10 3 外文翻译 5 4 设计（论文）报告文字质量 10 5 技术水平与实际能力 15 6 基础理论、专业知识与成果价值 15 7 思想与方法创新 5 合计 70 指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、答辩小组评分表（总分为 30 分） 序 号 考 核 项 目 满 分 评 分 1 技术水平与实际能力 5 2 基础理论、专业知识与成果价值 5 3 设计思想与实验方法创新 5 4 设计（论文）报告内容的讲述 5 5 回答问题的正确性 10 合计 30 答辩小组评价意见（建议等第）： 答辩小组组长教师签名： 年 月 日 三、系答辩委员会审定表 1 审定意见 2审定成绩（等第） _ 答辩委员会主任签字： 年 月 日 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 22 毕业设计（论文）中期检查表 姓名 李福临 学号 1404193106 专业 机电一体化 毕业设计（论文）题目 喷涂机器人的结构设计 检 查 内 容 学 生 本 人 填 写 查阅的主要文献资料： 1 杜祥瑛 M2004 2黄珊秋 M2005 3吴振彪 M 2006 4张陪金 M2009 主要设计研究内容、途径及技术路线（研究方法）： 析优缺点。 目前研究进展到何阶段、进度状况： 前期的资料收集已经进行到了尾声，根据收集到的资料与任务分析，对零件图进行三维设计，现在正式进入毕业论文最后的撰写阶段，开始将收集整理的资料进行整合编辑，对撰写论文过程中遇到的问题进行记录，并及时询问参考老师的建议，不断的进行改正。 预计完成时间： 10 月 30 日 学生签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 23 指 导 教 师 检 查 意 见 指导教师 签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 二 级 学 院 意 见 二级学院领导签名： 年 月 日 常州信息职业技术学院 毕业设计（论文） 24 #E#5#-#5#7#2#G#蠺 魸 #怤# # P 肦# _ # 摘要喷漆是通过喷枪借助空气的压力，把漆空过空气的压力均匀而且细微的喷在加工的表面。这种喷漆方法可以分为空气喷漆，无气喷漆，还有高级的静电喷漆。在乡下的家具生产车间，绝大多数工厂都是使用手工喷漆，但是在比较发达的大工厂都是使用手工喷涂技术来修改自动喷涂机器人生产后的不良品。现在油漆中含有很多对人类有害的因数，比如说苯，苯是一种很容易让人致癌和挥发的化学品。如果没有佩戴防毒面具和保护人体安全的措施就会对工人产生很大的危害。所以生产一个自动喷涂的机器人，是很有必要的。本次设计的工业喷涂机器人，是一个关 设计机器人，具有 个自 ， 个关用 压 动。可以 用 不 体的喷涂。本次设计的工业喷涂机器人， 可以 。机 可以 动，喷涂手可以 动。 动 的电机可安 在 ， 机 可以 用 压 动的方 。本次设计的机器人的 体 用 。可以工业喷涂机器人本 的。关喷漆机器人关 设计2is of of on of as as In s of in to a of as is a If do a a to So it is an of is a of be to of be be be of on be by a of is of of 录要.的 喷涂机器人的 发现 现的 要果 要 容以 和 2设计. 动 数关 的 和 方 3.的 设计的设计 大 的设计 关 的设计 . 课题研究的背景及意义 下的一种设 ， 的 动方 ， 动过都是 人类下的。 的工 力 一， 的动 一。但是机器人的可 工 间很 。在大的 工 中还可以保 加工 ，且还可以在 ，有毒有害的下工 。工业机器人的发是大器。 表 家自动化生产水 的标注。所以我们应该加紧学习的脚步，让我们的家赶 世界先 水 。近一个世纪，在越来越多的场合，如军事，工业，化学都可以见到机器人的 影。机器人的 要 用就是在危险的， 率高的场合有效的保 人 安全，改变生产者的劳动。提高加工 和劳动效率。涂覆的机器人，我们可以称为喷涂机器人。这种机器人在工业另据 要是对零件加工表面 业，在农业领域 有喷涂机器人，常见的有喷洒农药机器人， 用这种喷涂机器人的 要优在于喷凃的都是有害屋头，对人体不好，而且加工的 候利用机器人还可以提高产品和稳 性 。 涂的浪费。如比亚迪汽车 业，富士康电子产品的生产和造过中，都会有工件表喷涂的 业。最近通过网络招聘 台可以 解到到机械加工 业中生产的数机床，农用播种机，航吊等大 的机械都对表面有 很高的要求。因为在产品销售来说，一个美的观是一个设 不 销售出去的。对此我们接受的比较明显的就是笔记本电脑，手表的观。如果表面喷涂没有做好，那么这个设 就失去 最基本的竞争力。因此我们对表面的喷涂技术有更高的要求。3燕山大学本科生毕业传 的表面处理都是用人工处理，一手拿 喷壶和纱布 业。在 业过中会产生产生大的有害 和气体，比如“苯，甲醛等对有害的气体，这种气体会产生大刺鼻的气体，这种气体就会约生产 力。自动喷涂机器人的出现就会克服这个缺，机器人可以在这种极 危险的工 下稳 的工 ，且在自动化的路 不 。提高工 ，加工 。于人类最大的 就是不受车间有害气体的 ，可以在无数次工 后还 高 的 。所以喷涂的很稳 ，品。数数 者数 就可以利用人工修 。机器人的 动是 据 的，如果 要不 次，不 品的表面，可以 变， 不那个的工件喷漆。这种自动喷涂机器人在涂 领域很有发 。 在， 候是在 对 的工件 加工，喷出的漆是易 易 的，如果机器人在 动的 候， 电 者是稳 过高就是让这油漆 者是易 ，发，在 的空间，的发生会 “，这会对造设计机器人的 候，一要全 这一。且在工 的 候机器人一 要在安全的工 域工 ，不 近工件。机器人还有有涂 和 ，可以 不 的喷涂要。 课题国内外现状及研究的主要成果世纪的 ， 要是的是 机器人本体，”机器人的油和喷头。这种机器人一有多自 机 ，可以让机器人的手 有较大的 动空间，可以做出 近人手的工 。存在问题和未来解决问题 机器人 在的”和要解 的” 要是 ” 方面，在机器人工生产的 候，于造， 等”，对机器人本 的 有 ， 者是在界 和 使用下 的 都会机器人 ”的。还有就是在 者是 失对机器人造的 动都会影 机器人的 ”和加工 。解 这种”的方法就是 机器人的 ，于机器人标 的技术有基于 标的标 基于 的机器人标 以基于 的机器人标 。 据机器人 的 间的， 机器人 机，以 一步提高机器人喷涂 业的 。一 ” 称“喷涂机器人的 设计 基本要求“ 出机器人 以工 分 工 理 出设计，分 机器人 的优缺对不 体 喷涂工 。容“ 理解设计 喷涂机械手 关 设计 容方 ” 设计 ， 出机械手 以工 。 毕业。要 “1 应用M，2004 2 设计M,2005 3 ，2002 4 设计M. 海交通大学出 ,2009 5第2章 驱动系统机器人要 据规 下要的动 ， 动 是一个非常要的 ，对工业机器人的性 ，功 ，修都有很大影 。如果没有一个有效的 ，机器人是无法正常工 的。当今世界 工业机器人的动 很多，自 设计的基本都是 自，五自 。为的是 让机器人更加 近人的动 。可是这种机器人过于 杂，有 候的还会造 源浪费。，要求设计的工业机器人可以正常工 ，本 ，工 稳等功 即可 工 。工业机器人的 动方 要有 压 动 电机 动和气压 动 种。 压 动 的 要是 稳 可， 动件的惯性 ，快速 应的灵敏 高，传动比较大，低速性 好，容易 现无极调速， 和都比较容易。气压 动的 要是 应速比较 快，广泛应用于数机床等设 中，但是 在管路漏气的现象，修比较麻烦。电机 动方 具有以下“动力源简 负载 调速范围大 无管 修使用方便 使用 等。此， 于近来 压 的逐渐善，此次设计选择 压 动。确定驱动件和自由度关 机器人:什么是关 呢，可以简 的理解为两个活动的东西，比如膝关 。肘关。这都是医学术语。在机械加工中称之为 动副。但是这个 动副可以做出人的动 ，像人的关活，所以为关 机器人。这种机器人一个功 是 一个功 是 动。功 灵活，覆盖范围广。但是机器人的范围比较大，占的空间比较多。一的 工厂用不到。加工 比较低。可以用做 之类的工 ！球标机器人“球标就是类似于球 的标，球可以做360的 ，那么球标机器 可以。这种球标机器人 为标机器人，这种机器人的就是比较灵活，可以 的 ， 就是刚 ， 。为什么呢，因为灵活，设计的 候要设计轻巧便捷的，显然刚 就 。圆 标机器人:这种机器人的灵活性 比较好，但是刚 和 较好是一个比较全 的机器人。 的工 范围 比较大。直角标机器人“没有见过这种机器人没有关 ，可以看一下数机床，和数加工中心和数铣床的功 不多。刚 和 效果很好，但是 动来就不是那么灵活 ，显得比较笨拙，加工的范围 比较 。本次设计选择关 机器人。喷漆机器人的运动参数 项术 数 关 自 3活动范围 1 2 3 4 5 67100 75 70 210 210 420最大速 2m/大负荷 5 伺服 动 教手柄直接示教 修正盘示教电源 向50/6060 本安全防 2i 40各个关节的结构形式和平衡方式工业机器人的 件一有5个， 动台支架 大 和手 。22 动台支架2 2 和 的 比较流 的是中间有多 圆筒 套 梁 ， 像哑铃，多为焊铸件合 。还有就是 ，就整体来说就是比较 杂的体，多为铸件。为 轻 的和大 的负载， 用空心管 ，是合金。为 增强大的强 ， 尽可 的降低大 的，大 用 心的 方体 ， 是合金。8手 的 “为 动力矩和增加 动的 稳性，大 和 则 说都要。但当负载较 ， 杆的较轻，关 力矩不大， 动 ”有 的容 ，可以省去 。对于喷漆机器人的设计， 于末端执 器的约为3 和 的约为60此在这 取一 的 措施。对于 的 ，在这 用铰链杆的 方 ，这种 通过后杆的来 的。该机器人的大 均 用弹簧 ”. 弹簧选用60计的 候做+135至俯仰 动，从而调 整个 的空间 ”。调整整个 空间，保 加工范围。 轴和大 末端连接在一，连接 可以是是无于此处的比较麻烦，所以这用无体 用在包 机械中被广泛 用的胀紧套。胀紧套具有对中高 安 /拆卸方便 强 高 连接稳 可等优。这的铰链杆机 的后杆杆可以 手 分和 分 的，大 所 受的负载。大 的俯仰 动和 的俯仰 动的合将 现手 分在工 空间 的 。大一端 连接，一端 连接 压 在 动，一 在 台 ， 台一 动。92设计这种传动方 的优是 简 有效 传动 较高 通过自 的调速轻 整个的负载。在安 ， 动大 的电机和 动 的 压 对称布”的方 这有利于 盘的 ，使整个 稳 ，防 覆。这种 盘的 动力矩，轻 动 的 压 的负 。1110和大 的俯仰以 的俯仰 合将 现 在空间 ” 。轴 盘用 ，大 和 的 动电机 在 盘 的电机 。这种传动方 是通过直流力矩电机直接 动整个 ， 去 不必要的 ，简 有效，降低 本。本章小结本 要 喷漆机器人的 动方 的选择以 技术 标。 机器人的体传动 的设计。 出 关 的传动方 ， 必要的分 ，在这之后设计 个关 传动机 和大体 的连接方 。说明 个传动方 的优和不， 出 要 正的零 件的方法。113计第3章 喷漆机器人模型的建立 设 计 件 现 在 有 好 多 ， 被 大 家 使 用 的 有G 。优 12 体 是 下产品设计的 流 多 件中, 一为设计 选的 件之观 示人们所 的 体现设计者的设计 分，设计理容易理解， 用 数化 动，用数 数和几约来 几体 过，生 零件和 体 要做出不 的 和 种标注，零件工 和 工 。从几体 直至工 的全 设计 ， 现全方 的 “修改， 应对的设计变更。优 数化设计的 基于 的 体 化 ，工设计人具有 性的基于 的功 去生 ，如 角圆角，可以 ，轻易改变 。这一功 性 工设计者提 在设计 从 有过的简易和灵活。 的 为产品几 的 造要。这 是一 通的机械对象，且可以先设”很容易的 修改。优 具有 一的数据”，正 现 之间的无数据交的自 ，可 施 工。 用 合 技术，可将 体 面 显示几 数化 为一体。出 功 强，可分方便 从 体 直接生 工 。 标标注 和说明等。 直接对 体做 和轴 生 种 ，增强 工 的 用性。电机的选择手 分的电机的安 “ 动喷枪 的速电机1安 在 套 动喷枪做 动，从而使喷枪 正对被加工。在 套， 动 套 的速电机2安 在 套支架的 ， 动整个 套做 动。这两处的电机的安 如 动整个 的速电机3 安 在 套 的 有法 盘的空心轴通过133计胀紧套连接在 一，这个安 面 电机2的安 面直，速电机3 动整个 做动。电机1 动喷头做 动，此电机应 巧灵便以轻电机2的负 ，因此电机1应该轻 体 且 功率 要求。 电机轴要 喷枪末端的空心轴通过胀紧套连接在一，因此电机出端的轴要 当的加 加 。 套的 要尽的 ，所以为合金类。 设喷头的为50200， 知 件知为3 4圆 体的 动惯
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