喷涂机器人设计

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1、1绪论本设计针对矿用高压软起动控制器隔爆外壳体的喷漆作业，因为传统的喷漆作业采用人工操作方式,生产效率低，生产质量差,不但存在光泽、平坦性、垂流性、针孔、气泡等质量问题，而且工作环境恶劣,经证实，喷漆过程中使用的粘合剂和涂料尤其有害，这些材料中通常含有溶剂和异氰酸盐苯、甲苯、二甲苯（简称“三苯”），它们都和皮炎及职业性哮喘有关。严重威胁着操作人员的人身健康。利用机器人进行喷漆作业，可以实现生产自动化,提高工效和施工质量，更主要的是可以减轻操作工人的劳动强度,改善工作环境,降低环境污染,保证操作工人的身心健康。为此提出自动喷漆机的

2、设计。主要进行三部分内容设计：第一，机器人的机械结构的设计；第二，基于plc的控制系统设计；第三，喷枪平面作业的轨迹规划。2结构方案的确定2.1喷漆对象结构：名称：矿用高压软起动控制器隔爆外壳体外形构造：如图1所示图1壳体外观结构尺寸：长2200mm，宽1060mm，高1000mm。2.2工艺过程先喷顶面，再依次喷涂正面，右侧面，背面与左侧面。在每个工作面上的喷面漆过程为折返扫描式喷射，如图所示。图2喷射轨迹2.3方案分析在目前国内外的喷漆机器人中，爬壁机器人是较先进的一种，但本工件的尺寸较小，不适合采用爬壁机器人。本设计提出以

3、下四种方案(见图3、图4、图5、图6)。它们各有优缺点，下面进行分析比较。2.3.1方案一框架式机构：如图所示，本方案采用框架式机构，喷枪在盘架上做x向与z向水平运动，同时盘架在坚杆上作y向上下运动，这种机构设计思路简单，控制方便，但是占地面积大，耗材非常多，移动不便利，不便使用。图3框架式机构外观2.3.2方案二门式机构：该方案较方案(一)作了较大改进，也更具有可行性。本方案采用门式机构，如图1所示,自动喷漆机机械系统由主车行走机构、喷枪往复机(分顶部、左、右侧三部分)两部分组成。图4门式机构系统外形图主车行走机构，防爆电机通

4、过减速箱直接驱动龙门架，行走时4轮可完全接触在轨道上，运行平稳，无级调速，无抖动、跳动现象。喷枪往复机构，此机构喷枪分别固定于顶部、左、右两侧复机构上，始终保持在最佳喷涂距离，并由电控系统确定喷涂点的设定，在高速往返行程中开合与关闭喷枪(在喷涂范围内开，超出喷涂范围关)。2.3.3方案三旋转横杆式机构：采用如图示旋转横杆，喷枪机构在横杆上做水平x向及z向运动，横杆通过旋转机构在竖架上旋转，同时移动底盘整体运动。本方案结构简便，控制方便，但是旋转机构的转向控制比较复杂。图5旋转横杆式机构外观2.3.4方案四立架式结构：该方案较方案

5、(三)作了较大改进，也更具有可行性。喷枪机构在横杆上作水平y向运动，同时移动底盘作水平x向运动，完成上表面的喷漆作业，上表面完成后，通过绳索的拉动，将喷枪机构拉到立杆上，喷枪机构在立杆上作z向的上下运动，同时移动底盘作水平x向的运动，以喷涂工件的四个侧面。本方案结构简便，能较好的完成喷涂任务。图6立架式结构2.4方案确定由上面四种方案的工作过程及性能，可以作出比较，见下表：表1方案比较优点缺点方案1控制简单，操作方便体积大，不便使用方案2结构比方案1简单多喷头，不便控制方案3结构简练，便于控制部分机构工能浪费方案4进一步简化结构

6、由上表分析，最终确定采用方案4。3机构组成立架式机构中包括：立架导轨，喷枪拉升机构，线管固定机构，移动底盘的驱动机构与转向机构。3.1立架导轨及拉升机构3.1.1立架导轨设计（1）机构设计因工件是立方体，喷漆过程是先喷上表面，再依次喷涂四个侧面，因此将导轨设计成F型架的机构，如图6所示。（2）杆件受力分析：横杆可简化为悬臂梁，其受力来源有2个，一是均布的自重与绳重，二是喷枪机构的重力。1）横杆受力分析：故：其中：F——喷枪机构的自重（N）q——横杆及绳索的重力分布（N/m）2）竖杆受力分析：故：其中：F——喷枪机构的自重（N）q

7、——横杆及绳索的重力分布（N/m）3.1.2喷枪拉升机构为保证为了保证喷枪按设计要求在导轨上运动与升降，选取如图提升机构。在提升机构中应设计专用减速箱，此套传动机构在启动与停止最短周期内的行程能够满足喷枪轨迹的需要。其详细结构如图7所示。图7提升机构3.1.3线的固定控制线在导轨上的固定，采用窗帘式滑动机构，以使喷枪机构在运动过程不被卡死或者将控制线拉断。图8窗帘式滑动机构外观3.2移动底盘设计3.2.1驱动机构由于液压元器件的防爆较易于实现，因此在机器人本体设计时，可采用液压驱动。图9驱动机构在行走机构中，为了防止前仰和后倾、

8、左右偏移以及调整方便,为防止机构底面在转弯时被卡住，由前后轮距及轮心到底面的距离(见图10)所确定的轨道最小曲率半径可作如下验算：其中：L——前后轮距；h——轮轴心距车底面的距离；r——车轮的半径；R——由L、h和r确定的不干涉时最小轨道曲率半径。当L=400,