油箱内喷漆机器人直线伸缩关节设计【4张CAD图纸和说明书】

摘  要在喷漆行业，人工喷漆严重影响了人的身心健康，制约了生产效率的提高，为避免人在有毒、易燃、易爆的恶劣环境下工作，减少喷漆废品，提高喷漆质量，提高劳动生产率，迫切需要实现喷漆自动化，而喷漆机器人不怕酷热寒暑，不怕辐射和污染，不怕危险，效率高，缩短了生产周期，降低了生产成本，并且保证了喷漆操作在时间和空间上的延续性与连续性，文章首先进行了喷漆机器人传动装置的分析，接着讨论了该机器人的直线伸缩关节，通过工作空间分析进行结构设计，并进行了抗拉、抗剪和刚度校核，给出了惯量匹配、转矩匹配等控制参数的调节计算方法。关键词：喷漆机器人，直线伸缩关节，结构设计，参数调节The Design of Linear Expansion Joints of Fuel Tank Painting RobotAbstract  In the painting industry, artificial painting has a serious impact on people's physical and mental health, and prevents the enhancement of production efficiency, it is urgent to achieve automation in painting. The sprayed painting robot is not afraid of hot summers, radiation, pollution, and danger. It works highly in efficiency, and shortens the cycle and reduces the cost of production, and ensures that the painting operation continuity in time and space. This paper firstly analysizes the painting robot gear, discuss the robot straight telescopic joints, designs the Structural through their working space analysis, then check the tensile, shear stiffness and verification, gives the adjustment calculation of the inertia matching and torque control matching. Keywords:  Painting Robot; Linear telescopic joints; Sructural design; Parameter adjustment     1 绪论车用油箱系列产品其外形呈椭圆柱状, 上方开有一圆形入口, 整个油箱在纵向被两块隔油板分成三个储油区，该系列油箱用于汽车燃油的储运, 在其制造过程中, 其内腔壁需经三层漆料的喷涂, 要求喷涂均匀, 涂层厚薄一致, 无遗漏点; 并要求不掉漆, 不起泡, 以保证油箱的防腐蚀, 增加油箱的使用寿命和确保储运的动力燃油的清洁，但受油箱结构的限制, 人工喷漆的操作环境极为恶劣，为此, 笔者研究设计了一种能替代人工喷漆作业的380L油箱内喷漆机器人的直线伸缩关节，由于工业机器人能够根据作业对象完成多种复杂动作, 因此, 使用机器人完成喷漆作业是一种有效的方法, 喷漆质量和生产率也较易保证。工业机器人通常有执行机构、驱动-传动机构、控制系统和智能系统四部分组成。执行机构是机器人赖以完成各种作业的主体部分，通常为空间连杆机构；机器人的驱动-传动装置由驱动器和传动机构组成，它们通常与执行机构连为一体，此机器人的驱动器采用伺服电机；控制系统一般有控制计算机和伺服控制器组成，前者发出指令协调各有关驱动器之间的运动，后者控制各关节驱动器，使各杆能按预定的运动规律运动；智能系统有感知系统和分析决策系统组成，分别由传感器及软件来实现。机器人的机械设计与一般的机械设计相比, 既具有类似性, 又有其独特性。从机构学的角度来看, 机器人的机械结构可看作是一系列连杆通过旋转关节、移动关节组成，具有灵巧性和空间可达性等, 但由于开链式结构实际上是一系列悬臂杆件串联而成的, 机械误差和弹性变形的累计, 会影响到机器人的刚度和精度。因此, 机器人的机械设计既要满足强度要求，又要满足刚度要求和精度要求。另一方面，机器人的机械结构, 特别是关节传动系统, 是整个机器人伺服系统中的重要组成部分, 无论是结构的紧凑性、灵巧性, 还是在运动时的稳定性、快速性等伺服性能, 都比一般机构有更高的要求。380L型油箱内喷漆机器人属于多关节型, 由直线伸缩关节和旋转摆动关节将肩、臂和腕部连接在一起。由于手部的喷漆运动是靠各关节的运动组合而成的, 因此, 各关节的结构和控制便成为多关节型机器人实现的关键，设计中从被喷油箱系列产品的通用性出发, 采用了模块化和快换式结构, 从而能够方便地实现各手臂的加长和互换, 制造和调试维修也比较方便。2 总体机构喷漆机器人的总体结构有机座、肩部、臂部、腕部等组成,机座位于油箱外的后侧, 由固定底座、立柱、横梁等组成, 对机械臂起支承和定位作用；臂部包括与其伸缩、屈伸或旋转等运动有关的构件,并装有传动机构、驱动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等, 臂部又可分为肩部、大臂、小臂、腕关节及喷枪、它们所产生的直线运动和摆动运动的组合完成机械臂的运动的姿态调整；肩部由直线升降关节、摆动关节等组成, 其作用是使机械手进入箱内并摆动伸入隔油板的偏心孔内；大臂由摆动关节、回转关节和伸缩关节组成, 其作用是带动小臂及腕部纵向移动并进行360°回转, 实现各表面的喷漆运动；小臂由肘关节(摆动关节) 和小臂伸缩关节组成, 它们的运动使腕部带动喷枪实现各种运动位姿; 腕关节为一个回转关节, 它旋转一定角度以满足喷枪始终与被喷涂表面垂直。图1 机器人的总体结构示意图3 工业机器人的技术指标（1）自由度：用来确定相对机座的位置和姿态的独立参变数的数目，它等于操作机独立驱动的关节数目，它是反映操作机的通用性和适应性的一项重要指标，此机器人手臂要完成伸缩和旋转运动，有两个自由度。（2）工作空间：即操作机的工作范围，通常以手腕中心点在操作机运动时所占有的体积来表示，我们把操作机能对操作对象完成操作的那部分空间成为工作区域此机器人要完成全面喷涂，工作空间为380L。（3）灵活度：指操作机末端执行器在工作时，所能采取的姿态的多少，此灵活度虽非很大，但它避免了人在恶劣的环境下，保证了人的身心健康，提高了喷漆质量。