【正文】 這種結(jié)構(gòu)的好處是避免把驅(qū)動(dòng)元件直接安裝到關(guān)節(jié)上，從而解決了小臂質(zhì)量大、轉(zhuǎn)矩大的缺點(diǎn)。機(jī)器人可實(shí)現(xiàn) 6 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，分別為：腕部噴槍的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，腕部回轉(zhuǎn)套的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小臂的俯仰運(yùn)動(dòng)，大臂的俯仰運(yùn)動(dòng)，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。ir預(yù)緊力 = =601/()iFTfr????./(65)??查表取材料屈服極限 =240MPaS?查表取安全系數(shù) S=故需用應(yīng)力 = =160MPa??/由此螺釘?shù)闹睆?=??()4dF??所以預(yù)選取的螺釘滿足強(qiáng)度要求。取 =。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是 7206C。由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 62mm，因?yàn)橥獠窟€要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 cd 段的長度為 25mm，直徑為30mm，裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是 7206C。從第三章可知大軸 1 受到的轉(zhuǎn)矩是 378180 N mm，而且同時(shí)承受大臂和小臂的總重量。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。因此大1b?軸 1 的強(qiáng)度滿足要求，故安全 [2630]。+ =1HFr2= (+)H故 =， =垂直面受力圖如圖 (b)所示。fg 段為過渡段，長度為 45mm，直徑為 80mm。由于密封箱的壁厚為 45mm，孔徑為 150mm，因?yàn)橥獠窟€要裝端蓋，這段軸頸上還要裝配軸承，所以 ab 段的長度為 41mm，直徑為85mm,裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是 7217C。腰部轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，小臂大臂伸直時(shí)總長為 ,傳感器線數(shù)為：ns=2 /(i )=2 /(5 )=9425?θ180。 傳感器的選擇為保證噴漆機(jī)器人位置精度需要為各關(guān)節(jié)選擇傳感器。2O20?2則大臂相對(duì)垂直時(shí)的運(yùn)動(dòng)范圍為。49’.C1339。相對(duì)2O39。驅(qū)動(dòng)元件在噴漆機(jī)器人中主要用于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)比功率要大一些。鋁合金的密度低、強(qiáng)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文33度高、具有良好的抗腐蝕能力而且力學(xué)性能上接近或超過合金鋼。14’27’’2活塞行程為零時(shí) 186。32?85032?39。兩桿的體積之和 = /414= ?=m總 ?總　 = =27kg兩段同一直線時(shí)繞兩段質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：= (3 R2+L2)39。2r =+7(＋) 2= m2小臂結(jié)構(gòu)對(duì) i 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由于小臂是階梯狀前一段體積 = m31V質(zhì)量 = =，此外還要加上電機(jī)減速器軸聯(lián)軸器短軸的質(zhì)?量共 8kg。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)28圖 　實(shí)現(xiàn)小臂俯仰的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖　液壓缸的選擇與設(shè)計(jì)首先計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，計(jì)算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩需計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！°q鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)此處的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)共有三種設(shè)計(jì)方案，分別是雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。同時(shí)小臂桿還要承受整個(gè)手腕的重量以及在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的動(dòng)載荷。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L，并且在末端開鍵槽?；剞D(zhuǎn)套的質(zhì)量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。所以滿足一半覆蓋范圍時(shí)，必然能夠達(dá)到對(duì)整個(gè)機(jī)器人提出的覆蓋范圍的要求 。所以當(dāng)工作面為 ife 時(shí)，手臂長度符合要求。達(dá)到 a 點(diǎn)時(shí)，細(xì)桿 2 相對(duì)于細(xì)桿 1 的俯仰角度最小為75 186。170176。 至90186。 至80186。 本章小結(jié)本章主要介紹了噴漆機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方案的選擇以及確定了技術(shù)指標(biāo)。這種結(jié)構(gòu)也減小了腰部回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)20減輕了帶動(dòng)腰部回轉(zhuǎn)的液壓缸的負(fù)擔(dān)。脹緊套具有對(duì)中精度高、安裝/拆卸方便、強(qiáng)度高、連接穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。此時(shí)，大臂的偏重力矩 應(yīng)為2G32232 sin])39。 小臂小臂的平衡彈簧鉸接在平衡支架的 A 點(diǎn)上，另一端固定焊接在小臂內(nèi)的彈簧座上。為了減輕小臂的重量和大臂的負(fù)載，小臂采用空心管結(jié)構(gòu)，材料是鋁合金。 70186。圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的工作范圍是一個(gè)類似于圓柱面的表面，操作方便和控制方便是它最大的優(yōu)勢，但是它跟直角坐標(biāo)系機(jī)器人一樣有著極大的工作局限性。另外，由于工業(yè)機(jī)器人能在工作空間內(nèi)任意多點(diǎn)定位，而且控制以及驅(qū)動(dòng)程序又是靈活多變的，所以在一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜和多自由度的工業(yè)機(jī)器人中，通常采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。、材料力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、物理學(xué)的知識(shí)并且根據(jù)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和功率，再查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇了符合要求的驅(qū)動(dòng)部件和傳感器。所以在汽車制造業(yè)中噴漆機(jī)器人應(yīng)該是首選的涂裝設(shè)備。智能控制理論的提出與發(fā)展為問題的解決帶來了新的思路。靜態(tài)因素包括了制造、裝配時(shí)所帶來的機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)上的誤差；由外界溫度的改變和長期的磨損而引起的機(jī)械部件的尺寸變化，由此造成機(jī)器人位姿的誤差。器件集成度提高,采用模塊化結(jié)構(gòu)。5)網(wǎng)絡(luò)通信功能:日本的 YASKA 場人和德國的 KUKA 公司的最新機(jī)器人控制器己實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)場總線 CanbuS、ProfibuS 及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接,使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。此外采用先進(jìn)的 RV 減速器及交流伺服電機(jī),使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷完善，噴涂精度得到顯著提高。其次,由于噴涂在工件表面的油漆是勃性流體介質(zhì),需要干燥后才能固化,在噴涂過程中,機(jī)器人不得接觸己噴涂的工件表面,否則將破壞表面噴漆質(zhì)量,因此第一章 緒論3噴槍輸漆管路等都不得在機(jī)器人手臂外部懸掛,而是從手臂中穿過,這在一定程度上影響機(jī)器人的關(guān)節(jié)角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。自動(dòng)噴涂機(jī)的出現(xiàn)則克服了這一缺點(diǎn)。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中,機(jī)器人已逐步取代了人工作業(yè)。噴漆機(jī)器人的主體采用了鋁合金材料，減輕了自身的重量。本文設(shè)計(jì)了一種關(guān)節(jié)式噴漆機(jī)器人，具有六個(gè)自由度，其中手腕關(guān)節(jié)具有三個(gè)自由度，其它的關(guān)節(jié)各具有一個(gè)自由度，各個(gè)關(guān)節(jié)采用液壓驅(qū)動(dòng)。 機(jī)器人是用于完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)(如機(jī)床、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、起重機(jī)械、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等)、電機(jī)電器行業(yè)(如電機(jī)、變壓器、電控柜等)、儀器儀表行業(yè)、家電行業(yè)、以及交通運(yùn)輸行業(yè)等,用戶對(duì)其產(chǎn)品外觀質(zhì)量的要求都很高,而表面涂裝技術(shù)是達(dá)到這一要求的重要環(huán)節(jié)。有鑒于此,噴涂機(jī)器人在涂裝領(lǐng)域越來越受到重視,尤其是在汽車制造業(yè)中,如圖 1 一 l 所示機(jī)器人噴涂汽車燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2車身的情景。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。 近年來國內(nèi)亦擁有相當(dāng)數(shù)量的噴漆機(jī)器人如南航研制的 PR1 型噴漆機(jī)器人。編程方式仍以示教編程為主,但離線編程己在某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)實(shí)用化。如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、第一章 緒論5減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化。 噴涂路徑規(guī)劃 路徑規(guī)劃是噴涂機(jī)器人離線編程的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。而傳統(tǒng)PID 理論的比例（P） 、積分（I） 、微分（D）參數(shù)的整定是建立在關(guān)節(jié)傳遞函數(shù)模型為定值基礎(chǔ)之上的，這對(duì)傳統(tǒng)的基于系統(tǒng)動(dòng)力模型的控制理論帶來了挑戰(zhàn)。在汽車制造生產(chǎn)過程中，汽車車身的涂裝是最主要的生產(chǎn)工藝之一。全文主要內(nèi)容如下：，確定了各個(gè)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方案。這些工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)速度和直線移動(dòng)速度都比較快，而且定位精度十分高，它們的驅(qū)動(dòng)元件大多安裝在活動(dòng)支架上。此外，由于近年來液壓控制系統(tǒng)的逐漸完善，此次設(shè)計(jì)選擇液壓驅(qū)動(dòng)。因此本文設(shè)計(jì)的噴漆機(jī)器人是一種六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人。2mm示教方式 示教手柄直接示教或修正盤示教電源 AC100V，單向 50/60Hz,260VA防爆級(jí) 本質(zhì)安全防爆 2i4G環(huán)境溫度 0~40 各個(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式和平衡方式一般的工業(yè)機(jī)器人有 5 個(gè)左右的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，即：底座、燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12腰部轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)支架、大臂、小臂和手腕部。對(duì)于小臂的平衡，在這里小臂采用鉸鏈四桿的結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)通過后桿的質(zhì)量來平衡腕部的質(zhì)量。30f由于存在著驅(qū)動(dòng)油缸活塞與剛桶的靜阻力，其方向沿活塞桿 ，DO39。 至90186。大臂一端與底座連接，一端與小臂連接液壓缸在外側(cè)驅(qū)動(dòng)，一同固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，能隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，力矩電機(jī)帶動(dòng)腰部主軸旋轉(zhuǎn)，從而使腰部回轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。?3m根據(jù)設(shè)計(jì)方案和預(yù)先假設(shè)，暫定大臂長 1m，俯仰范圍 +135186。細(xì)桿 1 固定在回轉(zhuǎn)范圍是177。如果超過噴漆機(jī)器人的最大覆蓋范圍，則假設(shè)的尺寸?3m符合要求，如果小于噴漆機(jī)器人的最大覆蓋范圍，則需要重新制定各部分的尺寸。如圖 所示，當(dāng)工作平面在 abcd 時(shí)，達(dá)到各極限位置時(shí)細(xì)桿 1 與細(xì)桿 2 的位置狀態(tài)。讀圖可知達(dá)到 e 點(diǎn)時(shí)，細(xì)桿 2相對(duì)于細(xì)桿 1 的俯仰角度最小55 186。所以當(dāng)工作面為 igh 時(shí)，手臂長度符合要求。帶動(dòng)整個(gè)腕部旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī) 3 與安裝在回轉(zhuǎn)套外側(cè)的帶有法蘭盤的空心軸通過脹緊套連接在也一起，這個(gè)安裝面與電機(jī) 2 的安裝面垂直，減速電機(jī)3 帶動(dòng)整個(gè)腕部做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)回轉(zhuǎn)套為 200200200 的立方體。長方體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：J= m( )122bh?燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)26由于回轉(zhuǎn)套為正方體，故 b=,h= 所以繞回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J= 5( )=.?取回轉(zhuǎn)套的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 ω = rad/s，轉(zhuǎn)速為 n=30r/min?取啟動(dòng)時(shí)間為 由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度 =10 rad /s2?計(jì)算力矩 T 為：T= J =P=Tω =2 =?故訂做的減速電機(jī) 3 的額定電壓為 220V，輸出功率至少為 7w，輸出轉(zhuǎn)矩至少為 ，轉(zhuǎn)速為 1400r/min，減速箱的減速比為 46。設(shè)法減小機(jī)械間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差提高運(yùn)動(dòng)的精確性和運(yùn)動(dòng)剛度，可采用緩沖和定位裝置，從而提高定位精度。ab 邊代表大臂，長度為 1000mm，ad 邊代表底桿,長度為 400mm，dc 邊代表后桿，長度為1000mm，bc 邊代表小臂長兩個(gè)連接點(diǎn)間的部分，長度為 200mm。1I = kg m2平移到 i 軸上 = +m1I39。24r =+ = m2 帶動(dòng)小臂轉(zhuǎn)動(dòng)的后桿和底桿對(duì) i 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)30兩圓桿為鋁合金材料，圓形實(shí)心直桿。計(jì)算39。3經(jīng)計(jì)算可得：227。314093??????下 5923下上　 大臂的設(shè)計(jì)　大臂設(shè)計(jì)的總體要求噴漆機(jī)器人大臂的主要作用是用來承受小臂的重量和固定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的底桿，因此噴漆機(jī)器人的大臂對(duì)整個(gè)機(jī)器人能否保持穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。體積 V=hA =1 =質(zhì)量 m= V?= =大臂對(duì) i 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大臂繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = m(b2+a2)39。（5）效率高，消耗的能源要盡可能的小。 。Φ 227。因?yàn)閲娖釞C(jī)器人的主體部分都安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤，所以要求整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及手臂運(yùn)行過程中的平衡。小臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，n s=480。最后根據(jù)噴漆機(jī)器人的定位精度，合理選擇了各個(gè)關(guān)節(jié)的傳感元件。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 25mm，長度為 50mm，鍵槽的鍵槽深為 7mm。 大軸 1 的強(qiáng)度校核 計(jì)算齒輪的受力大齒輪和小齒輪的受力大小相等，方向相反。1 1T(a)(b) (c)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)42(d)(e)(f)圖 　大軸 1 的受力分析、按彎扭合成應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核de 段的中間截面為危險(xiǎn)截面。fg 段為過渡段，長度為 80mm，直徑 92mm，固定齒輪的軸肩高度為 。根據(jù)以上條件這段軸的長度為 ，直徑為60mm。ab 段的主要用處是通過聯(lián)軸器與電機(jī)相連，電機(jī)輸出端的軸徑是24mm，再根據(jù)凸緣軸器的寬度，ab 段的長度為 35mm，直徑為24mm。根據(jù)這段軸的直徑和長度，鍵槽的寬度為 12mm，長度為 56mm，鍵槽的鍵槽深為 5mm。HMVM合成彎矩圖見圖 (e)圖，合成彎矩 M= ?！?回轉(zhuǎn)底盤與腰部主軸連接螺釘?shù)男：搜炕剞D(zhuǎn)所需轉(zhuǎn)矩 T= 。結(jié) 論本文完成了 6 自由度關(guān)節(jié)式噴漆機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在 的最大覆蓋范圍內(nèi)自動(dòng)噴漆的功能，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。 完成零部件的設(shè)計(jì)并對(duì)重要零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。w pomiarowych (Organization of puterbased measuring systems), wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1998.[34] S. Stryczek: Nap?d hydrostatyczny (Hydrostatic drive), WNT, Warszawa 1997.[35] Instrukcja Faster Elektronic (Faster Electronic user’s guide), Wroc?aw 1995.[36] Instrukcja moment。結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的噴漆機(jī)器人能夠滿足作業(yè)空間要求。同時(shí)根據(jù)腰部的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)腰部回轉(zhuǎn)底盤處的連接螺釘強(qiáng)度校核。??1b?　 小軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核小軸 2 的結(jié)構(gòu)與小軸 1 一樣，但驅(qū)動(dòng)元件的輸出轉(zhuǎn)矩較小。+ =1VF2t(67+153)= 67t