喷涂机器人设计—机身系统设计

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1、本科毕业设计说明书（论文）第37页共37页1引言1.1喷涂机器人的概述喷涂机器人是一种典型的涂装自动化装备。使用机器人进行喷涂作业，工件涂均匀，重复精度好，工作效率高，能使工人从恶劣的工作环境中解放出来。喷涂机器人广泛应用于机床、汽车、家电等机电一体化产品制造领域,可以大大提高生产率、改善产品质量,能够降低生产成本、改善劳动条件,能迅速适应快速变化的市场需求[1]。因此，喷涂机器人在制造业中的应用越来越得到人们的重视。从1962年美国研制出第一台工业机器人以来，工业机器人至今已经走过了4O多年的历程。由于喷涂作业属于有害作业，这些作业的劳动强度大，技术水平要求高，并且手工喷涂人员会因技术

2、、体力等因素造成产品质量缺陷，因此为了改善劳动条件和提高产品质量产量降低成本，这个领域中大量地使用了机器人[2]。1.2喷涂机器人的应用西方发达国家90年代以来汽车喷涂中的各喷涂工序普遍实现了自动化，随着科技的发展，近十年机器人在工业现场已呈现出广泛使用的趋势。由于使用机器人喷涂均匀性好，重复精确度远远高于人工，因此避免了手工喷涂人员因技术、情绪、体力等因素造成的产品质量缺陷，使工件喷涂质量有了根本性的保障。由于喷涂作业属于有害作业，采用机器人作业可大大降低工人的劳动强度，提高生产效率，同时由于机器人在喷涂过程中流量、扇面、雾化的大小均可随时调整，可大大减少油漆的损耗，提高油漆的利用率。

3、对于塑料工件需要先期进行火焰处理，高温环境作业危险性大，采用机器人完成工件的火焰处理不失为一个好方法[3]。随着机器人与电控技术的提高，机器人喷涂以其灵活、喷涂轨迹自由以及涂装质量高等优点，受到各大汽车厂家的青睐，并被逐渐应用于车身喷涂。机器人喷涂漆膜性能的提高很大程度上取决于仿真车身的喷涂轨迹，这也决定了不同的车型必须对机器人喷涂轨迹进行仿真，为此研究出了机器人仿形技术。随着我国建筑业的发展，针对建筑涂装机器人的特点，设计了基于嵌入式结构的智能测控系统，现场实验表明，具有较强的抗干扰能力和电磁兼容性，适合在强干扰环境下长期稳定可靠工作[4]。本科毕业设计说明书（论文）第37页共37页1

4、.3喷涂机器人发展趋势新一代涂装机器人的设计贯彻了模块化结构的原则，机器人可以配备不同的连接装置，这样既能够以固定方式工作也可以安装在轨道上工作。轨道可以固定在喷涂室侧壁上，也可以固定在靠近天花板的位置。如果把喷涂机器人的雾化喷枪改成操作夹具，就成为操作开门的机器人了，因为两种机器人的驱动系统是一样的。机器人喷涂时的空间占有面积将更进一步降低，减小喷漆室的尺寸和通风量，进而降低生产过程中的能源消耗。总之，一切以降低生产成本、节约能源和保护环境为目的。未来的机器人将具有更优异的运动学性能和加速度性能、更大的工作范围、更小的占地面积及更加灵活手臂[5]。喷涂机器人工作臂的运动方式可以选择装配

5、成两轴或三轴的。双轴的机器人配合高速旋转的喷枪，以旋转对称的运动方式工作，这样能减少一个驱动轴，减轻重量、简化设计。1.4课题研究意义纵观50余年来喷涂机器人对人类生活的改变所做出的贡献，其对于提高劳动效率、减轻工人的作业危险、美化人类的视觉等方面均起到了不小的作用。如今喷涂机器人的应用越来越广泛，需求也越来越大，再加上其经济性也随着科技的进步而愈发突出，所以对涂装机器人的研究是相当有意义的。利用这次毕业设计的机会，通过对喷涂机器人的总体尤其是机身系统的设计，可以对大学四年的所学各门课程做一次很好的总结。本科毕业设计说明书（论文）第37页共37页2喷涂机器人的总体设计根据设计要求，该机器

6、人具有5个自由度，采用步进电机驱动，工作负载重量2kg，各部件的运动范围为：机身±110º；下臂前俯30º,后仰10º；上臂俯仰±30º；腕转±110º；腕摆±110º，工作空间为2600×1200×900，重复定位精度±3～±6㎜。2.1喷涂机器人坐标系的确定(1)直角式坐标机器人：直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。直角坐标机器人的特点a最高达

7、到三个线性运动自由度的运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角；b自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行；c一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。d可以适合于比较大的、四方形的工作空间内工作。e相比其他工业机器人，承重能力可以达到比较高。f框架结构的设计适合于模块化系统的实现。(2)球（极）坐标式机器人：球坐标是一种三维坐标。分别有原点、方位角、仰角、距离构成。设P（x，y，z）为空间内一点，则点P也可用这样三