喷涂机器人毕业设计

摘要Ⅰ摘要由于目前使用的油漆大多含有苯，笨是一种极易挥发，并且能致癌的化学物质。在没有任何防护的情况下进行喷漆作业对工人的危害极大的，因此各种各样的喷漆机器人应运而生。本文设计了一种关节式喷漆机器人，具有六个自由度，其中手腕关节具有三个自由度，其它的关节各具有一个自由度，各个关节采用液压驱动。本文设计的喷漆机器人采用了类似于铰链四杆机构的结构形式。驱动小臂运动的电机安装在腰部回转盘的上面，通过带动铰链四杆机构间接驱动小臂实现俯仰运动，这样避免了把液压缸直接安装在大臂和小臂的连接处，从而减小了小臂自身的重量，同时减小了驱动大臂和腰关节的液压缸所需要的功率与力矩，这种铰链四杆机构还使小臂实现自身的重力平衡从而减小了静力矩。喷漆机器人的主体采用了铝合金材料，减轻了自身的重量。喷漆机器人的整体动态性能也因此提高。关键词：喷漆机器人；关节式；结构设计燕山大学本科生毕业设计AbstractNowadaysmostpaintcontainsbenzene．Thebenzeneisveryvolatile，toxicandcarcinogenic．Itdoesharmtotheworkersheavilywhentheprotectionisabsent．Sodifferentkindsofpaintingrobotsappearedanddevelopedgreatly．Ajointtypepaintingrobotwasdesignedinthispaper．Ithadsixdegreesoffreedom．Thewristhadthreedegreesoffreedomandtheotherjointshadthreedegreesoffreedom．Thepaintingrobot’sjointsweredrivenbyhydraulicpressure．Parallelogramstructurewasusedintherobot．Thehydrauliccylinderwhichwasinstalledonthewaistturningtabledrovedtheforearmindirectlythroughtheparallelogramstructure．Thestructureavoidedinstallingthehydrauliccylinderdirectlyonthejointtoreducetheforearm’sweight．Sotheburdenofthehydrauliccylinderwhichdrivetheupperarmandthewaistwerereduced．Alsothisstructuremadetheforearmrealizebalanceitselfandreducethestatictorque．Aluminumalloywasusedgreatlyintherobot，sotheweightoftherobotwasreduced．Alsothedynamicperformancewasimproved．Keywords：paintingrobot；joint；structuredesign目录2目录摘要..........................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................II目录..............................................................................................................I第一章绪论...............................................................................................11.1课题研究的背景及意义...............................11.2喷涂机器人的特点及其发展现状........................21.3课题国内外现状及研究的主要成果....................41.3.1国内研究现状.................................41.3.2国外研究现状.................................51.5本文研究主要内容以及背景和意义.....................7第2章总体结构设计.................................................................................92.1确定驱动系统.......................................92.1.1驱动系统.....................................92.1.2确定驱动件和自由度..........................102.2喷漆机器人的运动参数..............................112.3各个关节的结构形式和平衡方式......................112.3.1小臂.........................................122.3.2大臂.........................................132.3.3小臂的传动机构..............................172.3.4大臂的传动机构.............................182.3.5腰部的传动机构..............................192.4本章小结..........................................19第3章喷漆机器人机构设计...................................................................19燕山大学本科生毕业设计3.1喷漆机器人数学模型的建立与分析....................203.2腕部设计..........................................233.2.1电机的选择..................................233.3小臂的设计........................................253.3.1小臂设计的总体要求..........................253.3.2铰链四杆机构的设计..........................263.3.3液压缸的选择与设计..........................273.4大臂的设计........................................303.4.1大臂设计的总体要求..........................303.5腰关节的设计......................................333.6传感器的选择......................................343.7本章小结..........................................34第4章轴、螺钉的设计与校核...............................................................364.1大轴1的结构设计与校核............................364.1.1大轴1的结构设计............................364.1.2大轴1的强度校核............................374.2.1大轴2的结构设计............................404.2.2大轴2的强度校核............................414.3小轴1的结构设计与校核............................424.3.1小轴1的结构设计............................424.3.2小轴1的强度校核............................434.4小轴2的结构设计与校核............................454.5回转底盘与腰部主轴连接螺钉的校核..................454.6本章小结..........................................46目录2参考文献.......................................................................................................48附录一开题报告附录二文献综述附录三外文文献第一章绪论1第一章绪论1.1课题研究的背景及意义机器人是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的机械电子装置,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器持续工作时间长、精确度高、抗恶劣环境的能力,从某种意义上说它也是机器进化过程的产物。机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。机器人应用情况,是一个国家自动化水平的重要标志。机器人是用于完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备。机器人的广泛应用,不仅可提高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有着十分重要的意义。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,经过五十多年的发展,机器人己在越来越多的领域得到了应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人已逐步取代了人工作业。在农业方面,机器人在国外农场应用也比较广泛,如果蔬采摘机器人、植保机器人、喷(雾)药机器人和高压静电灭蝗机器人等是农业自动化领域的广大科研工作者研究的热点。用于表面涂覆工作的机器人称为喷涂(或喷漆)机器人,它是机器人技术与表面喷涂工艺相结合的产物,是机器人产品中的一个特殊品种,主要用于工业领域的表面涂装作业,静电喷雾技术同时也广泛应用于农业生产中喷药杀虫和除草等植保作业。采用喷涂机器人的主要优点在于实现了喷涂生产作业的自动化,避免了工人始终处于有毒环境中而造成燕山大学本科生毕业设计2急性或慢性中毒,提高了产品质量和稳定性,同时能减少涂料和能量的消耗,提高生产效率。1.2喷涂机器人的特点及其发展现状大部分机电类产品在其制造过程中,都涉及到表面涂装作业。对于传统机械行业(如机床、轻工机械、纺织机械、农业机械、起重机械、工程机械、矿山机械、冶金机械等)、电机电器行业(如电机、变压器、电控柜等)、仪器仪表行业、家电行业、以及交通运输行业等,用户对其产品外观质量的要求都很高,而表面涂装技术是达到这一要求的重要环节。对于某些机电产品如家电、轻工、汽车、摩托车等来讲,产品的外观质量甚至影响到该产品在市场上的竞争力,因此对表面涂装技术提出了更高要求。传统的表面喷涂(漆)技术都是以手工方式进行产品表面的喷涂(漆)作业,在此过程中产生的大量的有害物质及气体,如:苯、醛类、胺类