毕业设计（论文）开题报告-喷涂机器人虚拟样机设计

山 东 大 学本科毕业论文（设计）开题报告姓 名: 2525 学 号: 200900165555 学 院: 机械工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 指 导 教 师: 252525 填 表 日 期: 2013.3.17 山东大学教务处制论文题目喷涂机器人虚拟样机设计论文类型基础理论选题来源指导教师科研项目国家项目应用研究部省(市)项目开发研究学校项目生产单位自 拟论文的主要内容、理论意义和应用价值1 国内外现状分析喷涂机器人又叫喷漆机器人（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。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有23个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。喷涂机器人的主要优点（1）柔性大。工作范围大大。（2）提高喷涂质量和材料使用率。（3）易于操作和维护。可离线编程，大大的缩短现场调试时间。（4）设备利用率高。喷涂机器人的利用率可达90%-95%。目前，国内外已经大量使用喷涂机器人来代替人工。主要是因为喷涂能使产品防锈、防腐并保持美观,并使零部件表面具有某种特殊性能如耐高温、耐磨等。手工喷涂对人体有害,劳动强度大,而且较难保证喷涂均匀。实现全自动化,不仅使工人远离有毒、有害物质,而且涂层均匀,质量有保证,效率高,涂料不浪费,还能够获得重复规定的简单动作,大大提高喷涂效率。利用机械手实现双面喷涂过程,可以节约烘干所需时间。目前，机器人（机械手）已经广泛地应用于热喷涂领域。这些机器人一般有两种编程控制方式，即：在线编程和离线编程。第一种在线编程控制易于实现，但是缺点是难以保证喷涂表面的涂料质量，特别是对于一些复杂的工件尤其如此。而离线编程控制这种方式是一个很好的解决途径，它能够通过工件或者工作对象的CAD文件来克服在线编程控制的误差等。在当今国内外的汽车制造业当中，自动轨迹生成的喷漆方法是非常可取的。为满足自由曲面油漆厚度的要求而生成喷漆枪轨迹仍然是极大的挑战，尤其是面对复杂几何形状的自由表面更是如此。在本篇论文中，一个基于CAD指导的为自由表面而作的喷枪轨迹生成系统已经有了些许成果。该系统利用要被喷涂的自由曲面和喷漆枪模型的CAD信息生成一个喷漆枪轨迹用以满足油漆的厚度要求。一个油漆厚度验证的方法也同时验证了所生成的轨迹。仿真结果表明轨迹生成系统取得了令人满意的表现，显示了良好的性能。这个轨迹生成系统也可以适用于许多其他基于CAD技术的机器人轨迹规划的应用程序来生成轨迹。国内外对于喷涂机器人的研究已经进入了自动轨迹规划以及离线编程这些新兴领域，并取得了很多进展，为将来的生产自动化奠定了良好的基础。2 主要内容 在制造产业中，喷涂过程是各个制造企业生产产品的不可或缺的重要环节，是保证制造的零件质量的重要步骤之一。目标零件经过喷涂之后耐腐蚀大大加强，各种性能大幅提高，可利用性增强，但由于不同的零件结构形状复杂，一般而言喷涂工作条件恶劣，人工喷涂不能保证精度，最重要的是喷涂漆料一般对人体有害。本文以喷涂机器人虚拟样机设计作为主要研究对象，开展以下研究工作：1,收集、整理、阅读参考资料及相关文献，熟悉ADAMS、SOLIDWORKS、ANSYS等软件的使用。完成20000字符以上的相关英文资料翻译。2,针对喷涂机器人性能要求进行总体方案的设计及比较论证，提出合理的传动方案、动力供给方案和控制系统方案等。绘制总装配图要求绘制0号图纸3至4张，其中1至2张为装配图。3,确定传动方案，对主要传动部件进行选型及校核，完成传动系统图。4,绘制相应部装图和零件图。进行整机运动仿真及主要承载构件的有限元强度分析。5,完成15000字以上的设计说明书。三理论意义及应用价值【1】为了避免喷涂时，涂料雾化导致工作人员肺部受损，产生肺部疾病，研究数控式工业喷涂机器人。喷涂机器人是能模仿人的动作功能，用以按一定的程序移动旋转并实现喷涂的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，重要的是能在涂料对人体有害环境下操作以保护人身安全，避免人体在喷涂现场吸入有害的雾化的涂料，因而能够应用于建筑、装饰、工厂以及其他一些需要喷涂的场合。 【2】由于人工喷涂时容易出现喷涂不均匀，喷涂对人体有害的涂料时，要做很多防护措施都仍然不能保证人体的健康和安全，喷涂易然涂料时存在一定的安全隐患，大面积涂料时，电气设备必须按防爆等级规定进行，个人容易出现不适的症状，专门的喷涂人员由于长期从事该项工作患一些疾病的可能性增大了。同时，由于对于喷涂质量的要求，以及现代生产的要求高效率自动化则成为不可避免的趋势。因而，喷涂机械手能够的得到广泛的应用，并且目前的喷涂机械手还不能很好的满足人们的需要，所以研究喷涂机械手具有较大的意义和实用价值 【3】喷涂机械手能够满足的高质量、高产量、高效率的喷涂要求，特别是树脂及镁、钛合金及有害材料的应用在此行业的大量使用。喷涂机械手的喷涂方式具有降低生产成本、提高作业效率、改善作业环境、节省安装空间、机械化、自动化管理作业等优势。是目前行业中的一种新兴的及先进的喷涂方式。喷涂适用的范围很广，包括建筑及各种制造业。本设计主要是针对制造业而设计的一种喷涂机械手。 【4】目前出现了高质量的全自动的喷涂机械手，喷涂质量大大提高，喷涂范围也在不断扩大。从原来的二维喷涂到现在的三维立体喷涂作业，喷涂机械手越发先进灵活，适应质量，高要求的工作要求。有的先进的机械手，应用伺服软仿形喷涂系统等，采用人机交互界面，操作灵活方便。它代替人工不仅可以减少工人与有害涂料直接接触，而且可以提工作动效率和质量。 【5】在环保意识日益增强的今天，人们称环保效果好的涂装厂为“绿色工厂”，技术陈旧的涂装厂为“褐色工厂”。无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂，建立机器人全自动喷涂生产线都是十分必要的。在新建工厂时，合理使用资金是最重要的原则，因此降低喷涂生产线的投入是非常关键的一个环节。而对于那些需要改造的工厂来说，如何将机器人合理引入到现有的涂装生产线，以及由此而产生的费用则是关键性的问题。主要参考书目【1】张 帅,崔伟伟,周涛世.机械手在冲压及喷涂作业中的应用J,河北工业科技. 2010,27(1):52-53. 【2】蔡丽娟.喷涂机全自动控制系统的设计开发J.柴油机设计与制造,2008,15(2):38-42.【3】胡心平,王 东,赵国群.压铸机直立型喷涂机械手的设计及其系列化J.特种铸造及有色合金,2008,28(4):287-288.【4】方丹丹,邓思豪,廖汉林.热喷涂机器人离线编程J.软件导刊,2007,7:26-27. 【5】Heping Chen, Ning Xi, Wiehua Sheng, Mumin Song and Yifan Chen.CAD-based automated robot trajectory planningJ.Industrial Robot: An International Journal,Volume 29 . Number 5 . 2002 . 426-433.论 文 写 作 计 划（ 2013 年 2 月 25 日 至 2013 年 6 月 5日）起讫时间论文各工作阶段的要求检查方式检查情况2月25日- 3月6日3月7日- 3月17日3月18日- 3月28日3月29日- 4月9日4月10日- 4月20日4月21日- 4月30日5月1日 - 5月10日5月11日- 5月20日5月21日- 5月31日6月1 日- 6月5日毕业设计选题，搜集相关资料(包括各种英文中文文献),了解课题背景及相关知识结合设计任务书填写开题报告，筛选搜集的资料文献，完成20000字符的英文文献翻译完成开题报告，学习ADAMS等相关软件，进行初步方案设计，选定参数，工作范围及工作目标学习相关软件，进行总体方案设计，绘制三维设计草图毕业实习绘制三维零件图并装配，结合实际做必要的修改完成运动仿真，有