【正文】 完成了驅(qū)動(dòng)元件和傳感器的選擇。上面校核的小軸 1 的強(qiáng)度滿足要求，故小軸 2 的強(qiáng)度必然滿足要求。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來(lái)安裝平鍵。ab 段與鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的底桿相連，并且穿過(guò)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(guò)脹緊套使大軸 2與底桿連接在一起。2VH?、畫轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。為了齒輪的周向定位，這段軸上還要開有鍵槽，來(lái)安裝平鍵。3小臂轉(zhuǎn)速 = /2 rad/s，長(zhǎng)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(jì)37ns=2 /(i )=2 /(100 )=418?θ180。41’18”2活塞最大行程時(shí)大臂與 線夾角為 =180186。（4）振動(dòng)小，噪聲小，安全可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。29’，相對(duì)水平位301置分配 θ 時(shí)可得： 39。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(dòng)油缸鉸接點(diǎn) 固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，傳動(dòng)原理同上。/4??? = m3質(zhì)量 m= V?= =腕部結(jié)構(gòu)對(duì) i 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量腕部繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = m(b2+h2) 39。盡量減少對(duì)其關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及偏重力矩，以減少驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，同時(shí)注意減少運(yùn)動(dòng)的動(dòng)載荷與沖擊。電機(jī) 2 帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。讀圖可知當(dāng)達(dá)到其他位置時(shí)，細(xì)桿 1 與細(xì)桿 2 相對(duì)于細(xì)桿1 的俯仰角度均小于設(shè)計(jì)方案中規(guī)定的極限值。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(diǎn) i 在 da 線段的延長(zhǎng)線上，ij 代表細(xì)桿1，i 與 a 的距離為 。需要論證的數(shù)學(xué)模型是：假設(shè)大臂和小臂為不計(jì)體積的細(xì)長(zhǎng)直桿 1 和直桿 2，長(zhǎng)度分別為 1m 和 。腰部主軸是空心軸，通過(guò)鍵與力矩電機(jī)相連。小臂做+135186。對(duì)于噴漆機(jī)器人的設(shè)計(jì)，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。又因噴漆機(jī)器人的負(fù)荷小，運(yùn)動(dòng)速度低，而且根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所以采用六自由度。當(dāng)今世界上工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作自由度都比較多，以便能完成復(fù)雜的動(dòng)作，其中多為五自由度和六自由度。汽車制造業(yè)在自身發(fā)展的同時(shí)也促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其中對(duì)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的促進(jìn)作用尤為顯著。. 存在問(wèn)題和未來(lái)解決問(wèn)題 噴涂工件 CAD 造型的獲取 噴涂機(jī)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(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的成熟，可以利用模式識(shí)別技術(shù)先識(shí)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(diǎn)，形成數(shù)據(jù)點(diǎn)云，最后通過(guò)圖像的三維重構(gòu)獲取工件的 CAD 數(shù)據(jù)。人機(jī)界面更加友好,基于圖形操作的界面也己?jiǎn)柺?。多采?5 或 6 自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有 2～3 個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動(dòng)。 噴涂機(jī)器人的特點(diǎn)及其發(fā)展現(xiàn)狀大部分機(jī)電類產(chǎn)品在其制造過(guò)程中,都涉及到表面涂裝作業(yè)。在沒有任何防護(hù)的情況下進(jìn)行噴漆作業(yè)對(duì)工人的危害極大的，因此各種各樣的噴漆機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。在農(nóng)業(yè)方面,機(jī)器人在國(guó)外農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用也比較廣泛,如果蔬采摘機(jī)器人、植保機(jī)器人、噴(霧)藥機(jī)器人和高壓靜電滅蝗機(jī)器人等是農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廣大科研工作者研究的熱點(diǎn)。最后噴涂機(jī)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。2)并聯(lián)機(jī)器人:采用并聯(lián)機(jī)構(gòu),利用機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量及加工。機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性大大提高。智能控制是人工智能、生物學(xué)與自動(dòng)控制原理結(jié)合的產(chǎn)物，是一種模仿生物某些運(yùn)行機(jī)制的、非傳統(tǒng)的控制方法。極坐標(biāo)機(jī)器人是一種可以做腰部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手臂部分的一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人。為了增強(qiáng)大臂的強(qiáng)度，同時(shí)盡可能的降低大臂的重量，大臂采用實(shí)心的立方體結(jié)構(gòu)，材料同樣是鋁合金。[( MLaG?????—關(guān)節(jié)軸 3 的重量（包括軸上零件）39。 腰部的傳動(dòng)機(jī)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 。腰部直徑 ，回轉(zhuǎn)范圍是177。所以只需要驗(yàn)證一般空間即可，另一半與之對(duì)稱。圖 　達(dá)到 f、e 極限時(shí)位置模型圖 　達(dá)到 g、h 極限時(shí)位置模型同理，當(dāng)圓盤再次回轉(zhuǎn)一個(gè)角度時(shí)，使得細(xì)桿 2 的末端 igh 平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，如圖 所示細(xì)桿 1 和細(xì)桿 2 的極限位置。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。噴漆機(jī)器人的最大覆蓋范圍與各個(gè)手臂的長(zhǎng)度、手臂間的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍密切相關(guān)。我們只需要計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大時(shí)的情況，既當(dāng)小臂與大臂共線時(shí)，小臂可視為繞 i 軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)整個(gè)小臂體對(duì) i 軸的轉(zhuǎn)矩最大。5I1總= m2平移到 i 軸上 = +m5I39。43’57’’361??則小臂總轉(zhuǎn)角 186。（2）體積小，重量輕?；钊畲笮谐虨?200mm 時(shí)：Φ =118186。各個(gè)關(guān)節(jié)所作的運(yùn)動(dòng)都是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，綜合考慮各種傳感器，選用增量型編碼器。固定軸承的軸肩高度為 。+ +F=1V2t(+) =0t故 =， =、畫軸彎矩圖第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核3141水平面彎矩圖見圖 (c) 圖。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(zhǎng)度，這段軸頸的長(zhǎng)度為 45mm，直徑為 85mm。固定軸承的軸肩高度為 4mm。?當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 =378180=226908 N mmT?=，查表知 =70MPa，所以 ??22/eMW?????1b??e? 。用簡(jiǎn)單的空間幾何的方法建立了噴漆機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間的數(shù)學(xué)模型并對(duì)其進(jìn)行研究。其中零部件設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)是小臂關(guān)節(jié)采用了典型平行四邊型結(jié)構(gòu)。取可靠系數(shù) C=，結(jié)合面摩擦系數(shù) f=， =65mm。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(zhǎng)度，這段軸頸的長(zhǎng)度為 50mm，直徑為 30mm。　大軸 2 的強(qiáng)度校核大軸 1 是帶動(dòng)大臂實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)的軸，大軸 2 是帶動(dòng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的軸。?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? 。裝配的軸承為角接觸球軸承，型號(hào)是 7217C。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。49’47”39。大臂擺動(dòng)軸軸心 與驅(qū)動(dòng)油缸的鉸接點(diǎn) 均固定與轉(zhuǎn)臺(tái)上。大臂的整體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體實(shí)心結(jié)構(gòu)，這樣做的目的是為了提高其力學(xué)性能包括大臂的剛度、強(qiáng)度以及抗彎能力。由結(jié)構(gòu)尺寸知：， ， ，mO18039。2I1 = kg m2平移到 i 軸上 = +m2I39。采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的目的是把直流伺服電機(jī)放到腰部回轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載，減少運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)載荷與沖擊，提高整個(gè)噴漆機(jī)器人的響應(yīng)速度。長(zhǎng)方體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為：J= m( )122bh?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 =2 rad/s, n=60 r/min?取啟動(dòng)時(shí)間為 由此轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度 =20 rad /s2?計(jì)算力矩 T 為：T= J =P=Tω =2 = w?故訂做的減速電機(jī) 2 的額定電壓為 220V，輸出功率至少為 12w，輸出轉(zhuǎn)矩至少為 ，轉(zhuǎn)速為 1400r/min，減速箱的減速比為 23。由于論證時(shí)的前提條件是把噴漆機(jī)器人的最大覆蓋范圍燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24一分為二。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 1 的最大俯仰角為+135 186。的圓盤上，其俯仰范圍是+135186。這種傳動(dòng)方案是通過(guò)直流力矩電機(jī)直接帶動(dòng)整個(gè)腰部回轉(zhuǎn)，免去了不必要的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔有效，降低了成本。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(wú)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(wú)鍵連接，具體采用在包裝機(jī)械中被廣泛運(yùn)用的脹緊套。經(jīng)計(jì)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。 75186。綜合以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要求工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是必須做到外型小、重量輕、工作穩(wěn)定可靠。噴漆機(jī)器人具有軌跡靈活、柔性大、操作簡(jiǎn)單、維修方便、利用率高等特點(diǎn)。 噴涂機(jī)器人的位姿精度與標(biāo)定 影響噴涂機(jī)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(dòng)態(tài)因素。日本的 KAWASAKI、丫 ASKA 場(chǎng)叭、FANUC 和瑞典的 ABB、德國(guó)的KUKA、REIS 等公司都有此類產(chǎn)品。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器等工藝生產(chǎn)部門。傳統(tǒng)的表面噴涂(漆)技術(shù)都是以手工方式進(jìn)行產(chǎn)品表面的噴涂(漆)作業(yè),在此過(guò)程中產(chǎn)生的大量的有害物質(zhì)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(dòng)情緒,因此噴涂質(zhì)量受工人的技術(shù)水平和情緒等因素影響較大,制約了生產(chǎn)能力。驅(qū)動(dòng)小臂運(yùn)動(dòng)的電機(jī)安裝在腰部回轉(zhuǎn)盤的上面，通過(guò)帶動(dòng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)間接驅(qū)動(dòng)小臂實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)，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(shí)減小了驅(qū)動(dòng)大臂和腰關(guān)節(jié)的液壓缸所需要的功率與力矩，這種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)還使小臂實(shí)現(xiàn)自身的重力平衡從而減小了靜力矩。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對(duì)保障人身安全,改善勞動(dòng)環(huán)境,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。 圖 1 一 1 機(jī)器人噴涂汽車車身 噴涂機(jī)器人與其它品種的工業(yè)機(jī)器人比較其主要不同之處在于噴涂機(jī)器人用于在封閉的噴涂室內(nèi)噴涂工件內(nèi)外表面,由于噴涂室內(nèi)的漆霧是易燃易爆的,如果機(jī)器人的某個(gè)部件產(chǎn)生火花或溫度過(guò)高,就會(huì)引燃噴涂室內(nèi)的易燃物質(zhì),引起噴涂室內(nèi)的大火。噴漆機(jī)器人在國(guó)外早已廣泛應(yīng)用于汽車等產(chǎn)品的涂裝生產(chǎn)線,國(guó)外機(jī)器人己取得的進(jìn)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)41)操作機(jī)器人:通過(guò)有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用,操作機(jī)器人己實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)。由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組裝方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。此外，實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往存在有各種不確定的干擾，也會(huì)對(duì) PID 控制器造成影響。根據(jù)設(shè)計(jì)要求里的工作空間的要求，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，確定了兩個(gè)手臂的長(zhǎng)度。 確定驅(qū)動(dòng)件和自由度由于工作需求的不同以及工作對(duì)象的不同，因此工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)型有多種結(jié)構(gòu)形式，主要包括直角坐標(biāo)系機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人、極坐標(biāo)機(jī)器人、多關(guān)節(jié)機(jī)器人直角坐標(biāo)系機(jī)器人只能在 x、y、z 三個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)，因此控制方便，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)比較方便。目前大臂和小臂的結(jié)構(gòu)比較流行的是中間有多層圓筒形套裝梁結(jié)構(gòu)，外型像啞鈴，多為焊鑄件組合結(jié)構(gòu)。3它對(duì) 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(duì) 的靜阻力矩。這種傳動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔有效、傳動(dòng)精度較高、通過(guò)自身的調(diào)速減輕了整個(gè)腰部的負(fù)載。 至90186。圖 　工作的空間模型論證的細(xì)桿 2 末端所要達(dá)到的運(yùn)動(dòng)范圍如圖 所示。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 2 相對(duì)于細(xì)桿 1 的最小俯仰角度80 186。電機(jī) 1 帶動(dòng)噴頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故此電機(jī)應(yīng)小巧靈便以減輕電機(jī) 2的負(fù)擔(dān)，因此電機(jī) 1 應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小且能滿足功率滿要求。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng) [1620]。ab邊為機(jī)架，ad 邊為搖桿， bc 邊為曲柄。后桿的尺寸為1001000，底桿的尺寸為 100400。=12186。1I = m2平移到 i 軸上 = +m1I39。經(jīng)計(jì)算可得出 227。此外還要求腰部回轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)精度較高，要在驅(qū)動(dòng)元件上安裝傳感器，檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)38第 4 章 　 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核第 4 章 軸、螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)與校核39　 大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核　大軸 1 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 　大軸 1 的傳動(dòng)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。故在這里只計(jì)算小齒輪的受力。由于大齒輪的齒寬為 75mm，軸頭的長(zhǎng)度應(yīng)該小于輪轂的長(zhǎng)度，所燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)44以 de 段的長(zhǎng)度為 60mm，直徑為 90mm。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(jī)輸出端的一樣。2VH?畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 T= T ，轉(zhuǎn)矩圖見圖 (f) 圖。180。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)論文51參考文獻(xiàn)[1] 杜祥瑛．工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991:5257P．[2] 曲道奎 張念哲 ．機(jī)器人技術(shù)的新進(jìn)展[EB][3] 羅輯，杜柳青，袁冬梅，曾宇丹．機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械工程上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J]．機(jī)床與液壓，2022，9(1) ：2528P ．[4] 卞正崗．動(dòng)化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J] ．國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2022，9(1) ： 2528P．[5] 歐鋆．機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J] ．廣西電業(yè)，20