喷涂机器人机械结构设计

驱动系统是驱动机器人完成动作的重要机构，好的驱动系统，会提高机器人的性能，在器人的维修上有很大方便。伺服驱动系统，在机器人的组成上占有很重要的地位。工业机器人伺服驱动系统主要分为液压驱动、气动驱动和电机驱动。主要优缺点如下;液压驱动方式优点：驱动功率大，装置结构简单，可直接与传动连杆连接，具有较高的精度。缺点：产生油液泄漏。气压驱动方式优点：驱动能源清洁，结构简单。缺点：功率小于液压驱动，不易控制精度低。电机驱动方式优点：驱动能源简单，功率大，变速范围大精度高便于控制。缺点：结构复杂，应用成本高。比较上述优缺点，可以知道液压驱动适用于特大功率的机器人系统，电机驱动用于功率较小的机器人系统更为合适。而对于喷涂机器人，要求精度较高，且液压驱动产生油液泄漏会影响喷涂机器人的涂效果，且喷涂机器人工作所需功率要求较低，因此本次设计的喷涂机器人驱动系统选用电机驱动方式最为合理。2.2确定自由度和电机驱动参数根据机器人的工作情况，确定其自由度。工业机器人由多种驱动结构形式，不同的结构形式是用于不同的工作条件，结构主要分为直角坐标系、极坐标系、多关节机器人。直角坐标系机器人结构简单，使用范围最广，但只能在x、y、z三个方向运动，不能满足喷涂机器人工作要求，喷涂机器人工作轨迹复杂，运动空间大，只有多关节机器人能满足工作要求，所以喷涂机器人驱动结构选择多关节型。喷涂机器人自由度主要为五自由度和六自由度机器人，本文设计的喷涂机器人用于汽车车身的喷涂，要求的负载小，运动速度低。采用六自由度可以满足设计要求。所以机器人为六自由度关节型。2.3运动参数的确定本文设计的喷涂机器人关节数为6，整体结构形式为铰链四杆机构。关节运动运动范围角加速度关节1腰部的旋转运动±170º/2rad/s关节2大臂的俯仰运动+135º至-90º/2rad/s关节3小臂的俯仰运动+168º至-80º/2rad/s关节4腕部的旋转运动±185ºrad/s关节5喷枪的俯仰运动±120º2rad/s关节6喷枪的旋转运动±360º2rad/s手腕的负载能力5kg手臂的负载能力10kg重复定位精度±0.2mm驱动方式直流伺服电机自由度6安装方式水平地面安装2.4关节的结构形式喷涂机器人具体可以分为底座、腰部、大臂、小臂和手腕五部分。大臂选用圆筒套装梁结构，铸件。小臂结构为空心杆结构。为了降低整体重量，增加强度，大臂和小臂均选用铝合金材料。2.5大臂传动机构图2.5大臂关节结构示意图大臂传动机构如图2.5所示大臂承担着喷涂机器人工作时的主要受力，工作部位手腕的运动靠大臂运动和小臂运动的配合来实现。大齿轮和小齿轮可实现减速，大齿轮与大臂上连接，齿轮组具有一定的减速比，小齿轮与减速电机通过联轴器相连，传动链为减速电机——小齿轮——大齿轮——大臂，来实现大臂的运动。这种传动方式结构简单，传动响应时间快，精度较高，对称布置使结构更加稳定，减小了结构的转动力矩，整体稳定性和底座的强度有显著提高。2.6底座传动机构图2.6底座关节结构示意图底座关节的结构示意图如图2.6所知手腕部工作空间定位需要底座旋转、大臂运动以及小臂运动协调配合实现的。底座的主轴和底盘之间使用螺钉连接，电机座位于底座的底盘上，电机座上固定着大臂与小臂的驱动电机。底座主轴为减轻零件重量设置为空心轴，与力矩电机相连。电机带动底座主轴旋转。这种传动方案，电机直接驱动底座运动，结构简单。2.7小臂传动机构图2.7小臂关节结构示意图小臂关节传动机构见图2.7小臂运动角度范围+135º至-90º，小臂的主要作用是调节在喷涂过程中喷枪的空间位置。大齿轮轴和底杆通过通孔连接在一起。底杆的另一端与后杆的底端连接。后杆的另一端与小臂连接。驱动是驱动小齿轮运动的电机。小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮带动底杆，底杆传递后杆，从而实现驱动小臂的俯仰运动。这是通过铰链四杆机构实现的。该机构位于小臂后端对称布置，可以增加结构的整体稳定性，驱