【正文】 54P．[31] Z. Biernacki: Sensory i systemy termoanemometryczne (Sensors and thermoanemometric systems). Wyd. Komunikacji I ??czno?ci, Warszawa 1997.[32] A. Balawender: Nap?dy hydrauliczne (Hydraulic drives). wyd. PG, Gdańsk 1983.[33] W. Winiecki: Organizacja komputerowych system243。主體采用鋁合金材料大大減輕總體質量，有利于提高其動態(tài)特性。180。Nm?選取的螺釘材料為 Q235，直徑為 12mm，固定用的螺栓數目為第 4 章 軸、螺釘的設計與校核496。2VH?畫軸轉矩圖軸受轉矩 T= T ，轉矩圖見圖 (f) 圖。固定齒輪的軸肩高度為 。這一段由于和聯(lián)軸器連接，所以開有鍵槽，具體尺寸和電機輸出端的一樣。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。由于大齒輪的齒寬為 75mm，軸頭的長度應該小于輪轂的長度，所燕山大學本科生畢業(yè)設計44以 de 段的長度為 60mm，直徑為 90mm。取 =。故在這里只計算小齒輪的受力。ef 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮燕山大學本科生畢業(yè)設計40到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 60mm，直徑為 85mm。燕山大學本科生畢業(yè)設計38第 4 章 　 軸、螺釘的設計與校核第 4 章 軸、螺釘的設計與校核39　 大軸 1 的結構設計與校核　大軸 1 的結構設計圖 　大軸 1 的傳動方案 確定大軸 1 上的零件的裝配方案大軸 1 上的零件的裝配方案如圖 所示。大臂轉速 = /2 rad/s，長為 1m, 傳感器線數為：ωns=2 /(i )=2 /(100 )=524?θ180。此外還要求腰部回轉盤的運動精度較高，要在驅動元件上安裝傳感器，檢測電機的旋轉精度。=49186。經計算可得出 227。所以，采用液壓馬達驅動。1I = m2平移到 i 軸上 = +m1I39。大臂的傳動形式與小臂相同，都是由液壓缸驅動實現大臂的俯仰運動。=12186。O大臂處于垂直位置時的小臂動作范圍。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為 100400。21r第 3 章 噴漆機器人機構設計29 =+5(+＋) 2 = m2回轉套支架對 i 軸的轉動慣量回轉套支架繞其質心的轉動慣量為 = m(b2+h2)39。ab邊為機架，ad 邊為搖桿， bc 邊為曲柄。噴漆機器人的小臂俯仰機構通過鉸鏈四桿機構來完成，安裝在腰第 3 章 噴漆機器人機構設計27部回轉盤上的直流伺服電機通過鉸鏈四桿機構驅動小臂實現俯仰運動。電機輸出軸端進行適當的加粗加長 [1620]。設回轉套、電機、減速器、短軸、鍵、噴槍及噴槍夾的質量共5kg。電機 1 帶動噴頭做旋轉運動，故此電機應小巧靈便以減輕電機 2的負擔，因此電機 1 應該質量輕、體積小且能滿足功率滿要求。經過上面的計算和分析可證明小臂的末端可達的覆蓋范圍大于空間 abcdefgh。根據設計方案知細桿 2 相對于細桿 1 的最小俯仰角度80 186。讀圖可知達到 d 點時，細桿 1 的俯仰角度最大為 51 186。圖 　工作的空間模型論證的細桿 2 末端所要達到的運動范圍如圖 所示。170176。 至90186。精度控制方面，會在電機后部安裝光柵編碼器來實現對電機回轉角度的控制 [15]。這種傳動方案的優(yōu)點是結構簡潔有效、傳動精度較高、通過自身的調速減輕了整個腰部的負載。范圍內的俯仰運動，從而調節(jié)整個腕部的空間位置。3它對 的力矩亦起著平衡一部分偏重力矩的作用，因而小臂的平衡力3O矩 3PSGM???式中 M 為油缸對 的靜阻力矩。該機器人的大臂小臂均采用彈簧平衡裝置，如下圖所示。目前大臂和小臂的結構比較流行的是中間有多層圓筒形套裝梁結構，外型像啞鈴，多為焊鑄件組合結構。總體結構設計11 噴漆機器人的運動參數 項目 技術參數結構形式 關節(jié)式自由度 6?1 ?2 ?3 ?4 ?5 ?6活動范圍100186。 確定驅動件和自由度由于工作需求的不同以及工作對象的不同，因此工業(yè)機器人的驅動機型有多種結構形式，主要包括直角坐標系機器人、圓柱坐標機器人、極坐標機器人、多關節(jié)機器人直角坐標系機器人只能在 x、y、z 三個方向上作直線運動，因此控制方便，結構十分簡單，設計比較方便。而且由于施工現場的空間是有限的，所以絕大多數時候要求工業(yè)機器人所占的空間要盡可能的小，以便在有限的空間盡可能的完成多個工序。根據設計要求里的工作空間的要求，通過簡單的計算方法，確定了兩個手臂的長度。涂裝質量的高低決定了汽車表面的耐腐蝕能力的強弱、使用壽命的長短、汽車是否美觀，而且人們在購買汽車時，對于汽車產品最直接的評價就來源于汽第一章 緒論7車的外觀，因此噴涂質量的高低直接影響了一個汽車產品在市場中的競爭能力和生產廠家的經濟效益。此外，實際工業(yè)現場往往存在有各種不確定的干擾，也會對 PID 控制器造成影響。路徑規(guī)劃的好壞，直接關系到噴涂作業(yè)的效率以及工件表面的涂層是否均勻，對噴涂工件的質量的影響巨大。由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組裝方式構造機器人整機。4)傳感系統(tǒng):激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器已成功應用于機器人系統(tǒng)中,并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等,大大改善了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應性。噴漆機器人在國外早已廣泛應用于汽車等產品的涂裝生產線,國外機器人己取得的進展主要表現在如下幾個方面:燕山大學本科生畢業(yè)設計41)操作機器人:通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設計等現代設計方法的運用,操作機器人己實現了優(yōu)化設計。噴漆機器人一般采用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數來實現示教。 圖 1 一 1 機器人噴涂汽車車身 噴涂機器人與其它品種的工業(yè)機器人比較其主要不同之處在于噴涂機器人用于在封閉的噴涂室內噴涂工件內外表面,由于噴涂室內的漆霧是易燃易爆的,如果機器人的某個部件產生火花或溫度過高,就會引燃噴涂室內的易燃物質,引起噴涂室內的大火。對于某些機電產品如家電、輕工、汽車、摩托車等來講,產品的外觀質量甚至影響到該產品在市場上的競爭力,因此對表面涂裝技術提出了更高要求。機器人的廣泛應用,不僅可提高產品的質量與產量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本,有著十分重要的意義。本文設計的噴漆機器人采用了類似于鉸鏈四桿機構的結構形式。驅動小臂運動的電機安裝在腰部回轉盤的上面，通過帶動鉸鏈四桿機構間接驅動小臂實現俯仰運動，這樣避免了把液壓缸直接安裝在大臂和小臂的連接處，從而減小了小臂自身的重量，同時減小了驅動大臂和腰關節(jié)的液壓缸所需要的功率與力矩，這種鉸鏈四桿機構還使小臂實現自身的重力平衡從而減小了靜力矩。 自從 1962 年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來,經過五十多年的發(fā)展,機器人己在越來越多的領域得到了應用。傳統(tǒng)的表面噴涂(漆)技術都是以手工方式進行產品表面的噴涂(漆)作業(yè),在此過程中產生的大量的有害物質及氣體,如:苯、醛類、胺類等造成環(huán)境污染,影響到操作工人的身體健康及勞動情緒,因此噴涂質量受工人的技術水平和情緒等因素影響較大,制約了生產能力。甚至引起爆炸,所以,防爆系統(tǒng)的設計是設計電動噴涂機器人很重要的一部分。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器等工藝生產部門。以德國 KUKA 公司為代表的機器人公司,己將機器人并聯(lián)平行四邊形結構改為開鏈式結構,拓展了機器人的工作范圍,加之輕質鋁合金材料的應用,大大提高了機器人的性能。日本的 KAWASAKI、丫 ASKA 場叭、FANUC 和瑞典的 ABB、德國的KUKA、REIS 等公司都有此類產品。3)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機的開放型控制器方向發(fā)展,有利于標準化、網絡化。 噴涂機器人的位姿精度與標定 影響噴涂機器人位姿的精度有多方面的原因，從大體上講可分為靜態(tài)與動態(tài)因素。以上兩個因素決定了 PID 控制器必須具備一定的自適應性，其比例、積分、微分參數應能夠隨著外界環(huán)境的改變而自動的變化。噴漆機器人具有軌跡靈活、柔性大、操作簡單、維修方便、利用率高等特點。，并用 CAD 繪制出了主要零部件的零件圖和一張總裝圖以及腰部回轉部分的部裝圖與腕部回轉部分的部裝圖。綜合以上特點，設計時要求工業(yè)機器人驅動系統(tǒng)的設計原則是必須做到外型小、重量輕、工作穩(wěn)定可靠。但是其只能作直線運動，所以局限性比較大，只能在特定的工作場合下工作。 75186。還有就是箱形結構，就整體來說就是比較復雜的箱體，多為鑄件。經計算其平衡彈簧力未能做到手臂的完全平衡，但不平衡力矩量值不大。3pO燕山大學本科生畢業(yè)設計14 大臂大臂的平衡由對稱于大臂中心線的左右兩根彈簧承擔，同理大臂的不平衡力矩 也同時受 轉角的影響，另外，小臂沒有完全平2M?3,2?衡，在計算時還應考慮小臂加于大臂上部的力和力矩作用。小臂軸和大臂末端連接在一起，連接形式可以是鍵連接或者是無鍵連接，由于此處的鍵連接的軸向定位比較麻煩，所以這里采用無鍵連接，具體采用在包裝機械中被廣泛運用的脹緊套。在安裝時，驅動大臂的電機和驅動小臂的液壓缸對稱布置的方式這樣有利于腰部回轉盤的重量平衡，使整個結構穩(wěn)定，防止了顛覆。這種傳動方案是通過直流力矩電機直接帶動整個腰部回轉，免去了不必要的結構，簡潔有效，降低了成本。小臂長 ，俯仰范圍是+168186。的圓盤上，其俯仰范圍是+135186。在論證時，燕山大學本科生畢業(yè)設計22假設大臂與腰部回轉盤的鏈接點 i 在線段 da 的延長線上，由于腰部回轉盤的旋轉范圍是177。根據設計方案知細桿 1 的最大俯仰角為+135 186。讀圖可知當達到其他位置時，細桿 1 與細第 3 章 噴漆機器人機構設計23桿 2 相對于細桿 1 的俯仰角度均小于設計方案中規(guī)定的極限值。由于論證時的前提條件是把噴漆機器人的最大覆蓋范圍燕山大學本科生畢業(yè)設計24一分為二。同時電機軸要與噴槍夾末端的空心軸通過脹緊套連接在一起，因此電機輸出端的軸要進行適當的加粗加長。長方體的轉動慣量公式為：J= m( )122bh?由于回轉套為正方體，故 b=h= 所以繞回轉套回轉中心的轉動慣量為：J= 5( )= .?取回轉套的轉動角速度為 ω =2 rad/s, n=60 r/min?取啟動時間為 由此轉動角加速度 =20 rad /s2?計算力矩 T 為：T= J =P=Tω =2 = w?故訂做的減速電機 2 的額定電壓為 220V，輸出功率至少為 12w，輸出轉矩至少為 ，轉速為 1400r/min，減速箱的減速比為 23。 小臂的設計 小臂設計的總體要求手臂桿的質量應該盡可能的小，從而減輕支撐它的大臂桿及它的驅動電機的負擔。采用鉸鏈四桿機構的目的是把直流伺服電機放到腰部回轉盤上面，避免直接放到小臂與大臂的連接處，減輕小臂的重量，降低大臂驅動裝置的負載，減少運動過程中產生的動載荷與沖擊，提高整個噴漆機器人的響應速度。這種結構首先滿足了 bc 邊長度小于小臂長度這一條件，而且所占的空間小，底桿和后桿的質量比其他兩種方案要小。2I1 = kg m2平移到 i 軸上 = +m2I39。當兩桿共線時，兩桿對 i 軸的φ φ轉動慣量最大。由結構尺寸知：， ， ，mO18039。45’03’’活塞行程為 220mm 時：β =107186。大臂的整體結構為長方體實心結構，這樣做的目的是為了提高其力學性能包括大臂的剛度、強度以及抗彎能力。21r =+ = m2小臂對 i 軸的轉動慣量小臂對 i 軸的轉動慣量 = m22I大臂和小臂對 i 軸的轉動慣量的總和= + =+= m2I總 12 總力矩的計算取大臂的轉動角速度 = /2 rad/s，轉速為 n=15r/min??取啟動時間為 1 s燕山大學本科生畢業(yè)設計34由此轉動角加速度為 = /2 rad/s2??慣性力矩 T =1I總　　　　　 = /2 = m靜態(tài)力矩 T ：當大臂和小臂在一條直線時靜態(tài)力矩最大，此時 T2=mgr=(++) = m2 摩擦力矩 T ：摩擦力矩近似等于 倍的靜態(tài)力矩3綜上所述總力矩 T =T + T = m總 21一般對驅動元件有以下幾方面要求：（1）慣量小，動力大。大臂擺動軸軸心 與驅動油缸的鉸接點 均固定與轉臺上。=11186。49’47”39。由于測量的是旋轉運動的精度，故在這里采用增量編碼器。大臂選用南京中科天文儀器有限公司的增量編碼器YGM610，n s=600。 確定大軸 1 的材料以及各段直徑和長度大軸 1 的材料為 40Cr，調制處理。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號是 7217C。