【正文】 轉(zhuǎn)矩 T =10 =10 (3/75) 16??1/Pn?6=378180N mm圓周力 = =12606NtF12/d徑向力 = =?? 計算支撐反力水平面受力圖如圖 (a)所示。?哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文3443當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =378180=226908 N mmT?=，查表知 =70MPa，所以 ??22/eMW?????1b??e? 。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵?！〈筝S 2 的強度校核大軸 1 是帶動大臂實現(xiàn)俯仰運動的軸，大軸 2 是帶動鉸鏈四桿機構(gòu)運動的軸。bc 段是過渡段，長度為 40mm，直徑為 28mm。gh 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 50mm，直徑為 30mm。1 1T第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核47(a)(b)(c) (d)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計48(e)(f)圖 　小軸 1 的受力分析按彎扭合成應(yīng)力進(jìn)行強度校核 fg 段的中間截面為危險截面。取可靠系數(shù) C=，結(jié)合面摩擦系數(shù) f=， =65mm。3m主要完成了以下工作：完成了對噴漆機器人的方案設(shè)計。其中零部件設(shè)計的一大特點是小臂關(guān)節(jié)采用了典型平行四邊型結(jié)構(gòu)。另外此結(jié)構(gòu)保證了小臂自平衡，從而減少小臂的靜態(tài)力矩。用簡單的空間幾何的方法建立了噴漆機器人的運動空間的數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行研究?！?本章小結(jié)本章對噴漆機器人的重要傳動零件進(jìn)行了強度校核。?當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =378180=226908 N mmT?=，查表知 =70MPa，所以 ??22/eMW?????1b??e? 。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計46 小軸 1 的強度校核計算齒輪的受力轉(zhuǎn)矩 T =10 =10 (3/75) 16??1/Pn?6=378180N mm圓周力 = =12606NtF12/d徑向力 = =??計算支撐反力水平面受力圖如圖 (a)所示。固定軸承的軸肩高度為 4mm。大軸 2 受到的轉(zhuǎn)矩是 50400 N mm，但是只承受底桿的重量。cd 段要安裝用于齒輪的軸向固定和軸承的軸向固定的軸套，考慮到另一半的密封箱的壁厚和孔徑以及大齒輪的輪轂比軸頭多出的長度，這段軸頸的長度為 45mm，直徑為 85mm?！?大軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核　大軸 2 的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 　大軸 2 的傳動方案確定大軸 2 上的零件的裝配方案大軸 2 上的零件的裝配方案如圖 所示。+ +F=1V2t(+) =0t故 =， =、畫軸彎矩圖第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計與校核3141水平面彎矩圖見圖 (c) 圖。gh 段與大臂相連，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 90mm。固定軸承的軸肩高度為 。腰部角位移測量選杭州霍德利電子科技有限公司的 HTL 系列空心軸編碼器，n s=10800[15]。各個關(guān)節(jié)所作的運動都是回轉(zhuǎn)運動，綜合考慮各種傳感器，選用增量型編碼器。186。活塞最大行程為 200mm 時：Φ =118186。2O轉(zhuǎn)臺來說，大臂和油缸可視作一帶滑動副的平面連桿機構(gòu)，活塞桿的移動通過餃點 B 傳遞給大臂，使之作前后擺動。（2）體積小，重量輕。因此選用鋁合金作為大臂的材料，這樣可以減輕大臂的重量，從而減小驅(qū)動元件的負(fù)載，而且可以進(jìn)一步也減輕用于驅(qū)動腰部回轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件的負(fù)載。43’57’’361??則小臂總轉(zhuǎn)角 186。3?，39。5I1總= m2平移到 i 軸上 = +m5I39。小臂前段繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = (3 R2+L2)39。我們只需要計算出轉(zhuǎn)動慣量最大時的情況，既當(dāng)小臂與大臂共線時，小臂可視為繞 i 軸旋轉(zhuǎn)，此時整個小臂體對 i 軸的轉(zhuǎn)矩最大。對于雙曲柄機構(gòu)來說機架為最短邊，又因為大臂為機架而且長度為 1000mm，如果采用雙曲柄機構(gòu)，其它桿的桿長太長，而且上一章確定小臂的長度為 800mm，因此雙曲柄機構(gòu)不符合要求。噴漆機器人的最大覆蓋范圍與各個手臂的長度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動范圍密切相關(guān)。電機 3 帶動整個腕部做回轉(zhuǎn)運動。假設(shè)噴頭的尺寸為 φ50200 的圓柱體，由已知條件知質(zhì)量為 3 kg。故噴漆機器人足可滿足要求的最?3m大覆蓋范圍，證明方案正確，小臂和大臂的長度和俯仰角度確定的合適。圖 　達(dá)到 f、e 極限時位置模型圖 　達(dá)到 g、h 極限時位置模型同理，當(dāng)圓盤再次回轉(zhuǎn)一個角度時，使得細(xì)桿 2 的末端 igh 平面運動時，如圖 所示細(xì)桿 1 和細(xì)桿 2 的極限位置。根據(jù)設(shè)計方案知細(xì)桿 2 相對于細(xì)桿 1 的最小俯仰角度80 186。所以只需要驗證一般空間即可，另一半與之對稱。細(xì)桿1 的另一端連接著細(xì)桿 2，細(xì)桿 2 的長度是 ，同時細(xì)桿 2 可以相對于細(xì)桿 1 做俯仰范圍是+168 186。腰部直徑 ，回轉(zhuǎn)范圍是177。完成了機器人的總體傳動系統(tǒng)的設(shè)計。 腰部的傳動機構(gòu)圖 　腰部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖腰關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 。這里的鉸鏈四桿機構(gòu)的后桿與底桿可以平衡手腕部分和部分小臂的重量，減少大臂所承受的負(fù)載。[( MLaG?????—關(guān)節(jié)軸 3 的重量（包括軸上零件）39。平衡支架、大臂、拉桿和轉(zhuǎn)臺組成一平行四連桿機構(gòu)。為了增強大臂的強度，同時盡可能的降低大臂的重量，大臂采用實心的立方體結(jié)構(gòu)，材料同樣是鋁合金。 210186。極坐標(biāo)機器人是一種可以做腰部的旋轉(zhuǎn)運動，手臂部分的一個旋轉(zhuǎn)運動以及一個直線運動的工業(yè)機器人。目前，工業(yè)機器人的驅(qū)動方式主要有液壓驅(qū)動、電機驅(qū)動和氣壓驅(qū)動三種。然而我國的工業(yè)機器人的起步較晚、技術(shù)比較落后，間接導(dǎo)致了我國自行生產(chǎn)的噴漆機器人在控制精度、軌跡運行精度、噴涂質(zhì)量、工作穩(wěn)定性、使用壽命、性價比等方面上與發(fā)達(dá)國的噴漆機器人存在著較大的差距。智能控制是人工智能、生物學(xué)與自動控制原理結(jié)合的產(chǎn)物，是一種模仿生物某些運行機制的、非傳統(tǒng)的控制方法。動態(tài)因素主要是由外力所引起的機械部件本身的彈性變形所帶來的機器人運動誤差。機器人系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性大大提高。6)可靠性:由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用,使機器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。2)并聯(lián)機器人:采用并聯(lián)機構(gòu),利用機器人技術(shù)實現(xiàn)高精度測量及加工。我國的華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)等科研機構(gòu)先后對噴涂機器人技術(shù)進(jìn)行深入的研究，取得了不少進(jìn)展。最后噴涂機器人需配置涂料流量控制系統(tǒng)與換色系統(tǒng),以適應(yīng)不同色彩的需要。但由于噴涂機只能完成一些簡單的往復(fù)直線運動,而被涂工件表面的多樣性及復(fù)雜性使得噴涂機的使用受到一定的限制。在農(nóng)業(yè)方面,機器人在國外農(nóng)場應(yīng)用也比較廣泛,如果蔬采摘機器人、植保機器人、噴(霧)藥機器人和高壓靜電滅蝗機器人等是農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域的廣大科研工作者研究的熱點。噴漆機器人的整體動態(tài)性能也因此提高。在沒有任何防護(hù)的情況下進(jìn)行噴漆作業(yè)對工人的危害極大的，因此各種各樣的噴漆機器人應(yīng)運而生。機器人應(yīng)用情況,是一個國家自動化水平的重要標(biāo)志。 噴涂機器人的特點及其發(fā)展現(xiàn)狀大部分機電類產(chǎn)品在其制造過程中,都涉及到表面涂裝作業(yè)。其次機器人的操作動作是程序控制的,對于同樣的零件控制程序是固定不變的,因此可以得到均勻的表面涂層:機器人的操作動作控制程序是可以重新編制的,不同的程序針對不同的工件,所以可以適應(yīng)多種噴涂對象在同一條噴涂線上進(jìn)行噴漆。多采用 5 或 6 自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運動空間，并可做復(fù)雜的軌跡運動，其腕部一般有 2～3 個自由度，可靈活運動。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的一些企業(yè)積極與高校開展噴涂機器人的項目合作，進(jìn)一步推動我國噴涂機器人技術(shù)的成熟，普及與應(yīng)用。人機界面更加友好,基于圖形操作的界面也己問世。2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。. 存在問題和未來解決問題 噴涂工件 CAD 造型的獲取 噴涂機器人離線編程的第一步是必須獲取噴涂工件的 CAD 數(shù)據(jù)，隨著計算機視覺技術(shù)的成熟，可以利用模式識別技術(shù)先識別出待噴涂的工件，再利用圖像處理技術(shù)提取工件表面的特征點，形成數(shù)據(jù)點云，最后通過圖像的三維重構(gòu)獲取工件的 CAD 數(shù)據(jù)。 噴涂機器人的控制 噴涂機器人的控制較為常用的仍是傳統(tǒng)的 PID 理論，在實際的應(yīng)用中，噴涂機器人機械臂的長度往往很長，當(dāng)整個機械臂伸展開時大約可達(dá)到 2m 的長度，且運行速度較高，各關(guān)節(jié)間的動力學(xué)效應(yīng)非常顯著，不能忽略，從而造成機器人各關(guān)節(jié)的被控對象模型是時變的。汽車制造業(yè)在自身發(fā)展的同時也促進(jìn)了機械制造業(yè)的發(fā)展，其中對工業(yè)機器人發(fā)展的促進(jìn)作用尤為顯著。本文以用于汽車車身的噴漆機器人為研究對象，對噴漆機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了研究。當(dāng)今世界上工業(yè)機器人的動作自由度都比較多，以便能完成復(fù)雜的動作，其中多為五自由度和六自由度。電機驅(qū)動方式具有以下特點：動力源簡單、負(fù)載小、調(diào)速范圍大、無需燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計10配管、維修及使用方便、使用壽命長等特點。又因噴漆機器人的負(fù)荷小，運動速度低，而且根據(jù)設(shè)計要求，所以采用六自由度。最大速度 2m/s手腕最大負(fù)荷 5kg驅(qū)動方式 電液伺服驅(qū)動重復(fù)定位精度 177。對于噴漆機器人的設(shè)計，由于末端執(zhí)行器的重量約為 3kg，大臂和小臂的總重量約為 60kg 至 70kg，因此在這里采取一定的平衡措施。 小臂的不平衡力矩不僅隨轉(zhuǎn)角 變化，也隨轉(zhuǎn)角 變化，其算法3?2?如下：小臂對轉(zhuǎn)軸軸線 的偏重力矩 M 為3O3G?COSL3?式中：G 小臂及手腕部件重量3 —小臂及手腕部件的合重心與 O 的距離L3 —小臂梁與水平線的夾角?彈簧的平衡力矩 M =3s3hfK總體結(jié)構(gòu)設(shè)計13式中： —小臂平衡彈簧剛性系數(shù)3K —小臂平衡彈簧變形量f —彈簧力對 O 的力臂3h3通過結(jié)構(gòu)的尺寸關(guān)系可算得： 3213/sinlR??01)(flf??式中 = 為彈簧長度（包括支撐螺3 )cosR21?栓等長度）是隨 β 角變化的值， 為安裝時彈簧的預(yù)變形量。小臂做+135186。大臂的俯仰運動和小臂的俯仰運動的配合將實現(xiàn)手腕部分在工作空間內(nèi)的定位。腰部主軸是空心軸，通過鍵與力矩電機相連。第 3 章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計21第 3 章 噴漆機器人機構(gòu)設(shè)計 噴漆機器人數(shù)學(xué)模型的建立與分析設(shè)計的噴漆機器人所需要達(dá)到的最大覆蓋范圍是 。需要論證的數(shù)學(xué)模型是：假設(shè)大臂和小臂為不計體積的細(xì)長直桿 1 和直桿 2，長度分別為 1m 和 。需要驗證的是，細(xì)桿 2末端的最大運動范圍是否是噴漆機器人的最大覆蓋范圍 。圖 　平面 abcd 工作極限位置模型假設(shè)細(xì)桿 1 和圓盤的連接點 i 在 da 線段的延長線上，ij 代表細(xì)桿1，i 與 a 的距離為 。當(dāng)圓盤回轉(zhuǎn)過一定角度時，使得細(xì)桿 2 的末端 ife 平面運動時，如圖 所示細(xì)桿 1 和細(xì)桿 2 的極限位置。讀圖可知當(dāng)達(dá)到其他位置時，細(xì)桿 1 與細(xì)桿 2 相對于細(xì)桿1 的俯仰角度均小于設(shè)計方案中規(guī)定的極限值。這兩處的電機的安裝如圖 所示。電機 2 帶動回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運動。設(shè)整個腕部、回轉(zhuǎn)套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機、減速器等部件的質(zhì)量估算為 12kg。盡量減少對其關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動裝置的負(fù)載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。綜合以上分析，在這里采用曲柄搖桿機構(gòu)具體如圖 所示。/4??? = m3質(zhì)量 m= V?= =腕部結(jié)構(gòu)對 i 軸的轉(zhuǎn)動慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量為 = m(b2+h2) 39。4I1 = m2平移到 i 軸上 = +m4I39。摩擦力矩 T ：摩擦力矩近似等于 倍的慣性力矩3綜上所述總力矩 T =T = N m總 1 小臂驅(qū)動油缸鉸接點 固定在轉(zhuǎn)臺上，傳動原理同上。3 .7239。29’，相對水平位301置分配 θ 時可得： 39。材料為鋁合金。（4）振動小，噪聲小，安全可靠，運行平穩(wěn)。2?2?200mm。41’18”2活塞最大行程時大臂與 線夾角為 =180186。腰部主軸與腰部回轉(zhuǎn)盤的通過螺釘連接在一起，電機帶動腰部主軸旋轉(zhuǎn)，從而使腰部回轉(zhuǎn)盤繞其中心旋轉(zhuǎn)完成所要求的動作。3小臂轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，長為 , 傳感器線數(shù)為：ω?哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計37ns=2 /(i )=2 /(100 )=418?θ180。選擇了驅(qū)動元件之后計算了大臂和小臂傳動機構(gòu)的尺寸，包括鉸鏈四桿機構(gòu)的尺寸以及兩個齒輪組的尺寸的計算和強調(diào)度校核。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。脹緊套選用 Z2 型脹緊套。2VH?、畫轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。固定軸承的軸肩高度為 。ab 段與鉸鏈四桿機構(gòu)的底桿相連，并且穿過大臂末端的通孔，大臂在此處的厚度為 39mm，孔徑為 95mm，底桿的厚度為 40mm，孔徑為 90mm，這段軸與底桿的連接方式是脹緊聯(lián)結(jié)，通過脹緊套使大軸 2與底桿連接在一起。確定小軸 1 的材料以及各段直徑和長度小軸 1 的材料為 40Cr，調(diào)制處理。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來安裝平鍵。垂直面彎矩圖見圖 (d) 圖。上面校核的小軸 1 的強度滿足要求，故小軸 2 的強度必然滿足要求。經(jīng)計算均滿足強度的條件。完成了驅(qū)動元件和傳感器