【正文】 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)回轉(zhuǎn)套為 232100350的立方體。電機(jī) 3 帶動(dòng)整個(gè)腕部做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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。設(shè)回轉(zhuǎn)套為 200200200 的立方體。電機(jī)輸出軸端進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng)。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。同時(shí)電機(jī)軸要與噴槍夾末端的空心軸通過(guò)脹緊套連接在一起，因此電機(jī)輸出端的軸要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟旨娱L(zhǎng)。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(guò)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)。在回轉(zhuǎn)套外，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)套回轉(zhuǎn)的減速電機(jī) 2 安裝在回轉(zhuǎn)套支架的外側(cè)，帶動(dòng)整個(gè)回轉(zhuǎn)套做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。故噴漆機(jī)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(zhǎng)度和俯仰角度確定的合適。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。所以當(dāng)工作面為 igh 時(shí)，手臂長(zhǎng)度符合要求。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 1 的最大俯仰角度為+135 186。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。讀圖可知當(dāng)達(dá)到其他位置時(shí)，細(xì)桿 1 與細(xì)第 3 章 噴漆機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)23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。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 abcd 時(shí)，手臂長(zhǎng)度符合要求。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。根據(jù)設(shè)計(jì)方案知細(xì)桿 1 的最大俯仰角為+135 186。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)。如果能在各個(gè)細(xì)桿的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)達(dá)到這八個(gè)頂點(diǎn)，那么細(xì)桿 2 的末端必然能夠達(dá)到空間內(nèi)的其他點(diǎn)。所以只需要驗(yàn)證一般空間即可，另一半與之對(duì)稱。在論證時(shí)，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22假設(shè)大臂與腰部回轉(zhuǎn)盤的鏈接點(diǎn) i 在線段 da 的延長(zhǎng)線上，由于腰部回轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)范圍是177。如果超過(guò)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。 俯仰運(yùn)動(dòng)。細(xì)桿1 的另一端連接著細(xì)桿 2，細(xì)桿 2 的長(zhǎng)度是 ，同時(shí)細(xì)桿 2 可以相對(duì)于細(xì)桿 1 做俯仰范圍是+168 186。的圓盤上，其俯仰范圍是+135186。細(xì)桿 1 固定在回轉(zhuǎn)范圍是177。在建立數(shù)學(xué)模型之前，假設(shè)噴槍是一個(gè)不計(jì)體積的點(diǎn)，由于小臂末端至噴槍的距離約為 ，所以在討論時(shí)小臂的長(zhǎng)度為原小臂桿長(zhǎng)度加上 ，一共為 。腰部直徑 ，回轉(zhuǎn)范圍是177。小臂長(zhǎng) ，俯仰范圍是+168186。?3m根據(jù)設(shè)計(jì)方案和預(yù)先假設(shè)，暫定大臂長(zhǎng) 1m，俯仰范圍 +135186。說(shuō)明了每個(gè)傳動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，并給出了需要校正的零部件的方法。完成了機(jī)器人的總體傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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。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)。腰部主軸與腰部回轉(zhuǎn)盤用螺釘相聯(lián)，大臂和小臂的驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在腰部回轉(zhuǎn)盤上的電機(jī)座上。 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 。在安裝時(shí)，驅(qū)動(dòng)大臂的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)小臂的液壓缸對(duì)稱布置的方式這樣有利于腰部回轉(zhuǎn)盤的重量平衡，使整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止了顛覆。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)。 大臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 　大臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖大臂關(guān)節(jié)的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖 。這里的鉸鏈四桿機(jī)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。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。 至90186。22hfkMS?考慮大臂驅(qū)動(dòng)油缸的靜阻力矩 則可得大臂的不平衡力矩2p22pSG??總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15大小臂平衡彈簧參數(shù) 小臂彈簧 大臂彈簧彈簧直徑（mm） 67?80?彈簧鋼絲直徑（mm）10?1圈數(shù) 70 40剛度系數(shù)（kgf/mm） 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16彈簧總長(zhǎng)度 708?410螺旋方向 右旋 右旋平衡彈簧材料選用 60si MnA2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18 小臂的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 　小臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖小臂關(guān)節(jié)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。[( MLaG?????—關(guān)節(jié)軸 3 的重量（包括軸上零件）39。3pO燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14 大臂大臂的平衡由對(duì)稱于大臂中心線的左右兩根彈簧承擔(dān)，同理大臂的不平衡力矩 也同時(shí)受 轉(zhuǎn)角的影響，另外，小臂沒(méi)有完全平2M?3,2?衡，在計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮小臂加于大臂上部的力和力矩作用。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。 不變。平衡支架、大臂、拉桿和轉(zhuǎn)臺(tái)組成一平行四連桿機(jī)構(gòu)。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。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(guò)后桿的質(zhì)量來(lái)平衡腕部的質(zhì)量。但當(dāng)負(fù)載較小，臂桿的重量較輕，關(guān)節(jié)力矩不大，驅(qū)動(dòng)裝置有足夠的容量時(shí)，可以省去平衡。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。還有就是箱形結(jié)構(gòu)，就整體來(lái)說(shuō)就是比較復(fù)雜的箱體，多為鑄件。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。 420186。 210186。 75186。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。綜上所述，噴漆機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)型選用多關(guān)節(jié)型。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。但是其只能作直線運(yùn)動(dòng)，所以局限性比較大，只能在特定的工作場(chǎng)合下工作。此外，由于近年來(lái)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)。氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)主要是響應(yīng)速比較度快，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等設(shè)備中，但是存在管路漏氣的現(xiàn)象，維修第 2 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9比較麻煩。目前，工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有液壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)三種。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。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。如果沒(méi)有一個(gè)有效的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，無(wú)論機(jī)器人具有多么精確的控制系統(tǒng)和多么敏感的傳感的系統(tǒng)，也是無(wú)濟(jì)于事的。，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(zhuǎn)部分的部裝圖與腕部回轉(zhuǎn)部分的部裝圖。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。因此實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的噴漆機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化，對(duì)于我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和汽車制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。然而我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的起步較晚、技術(shù)比較落后，間接導(dǎo)致了我國(guó)自行生產(chǎn)的噴漆機(jī)器人在控制精度、軌跡運(yùn)行精度、噴涂質(zhì)量、工作穩(wěn)定性、使用壽命、性價(jià)比等方面上與發(fā)達(dá)國(guó)的噴漆機(jī)器人存在著較大的差距。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)。在汽車制造生產(chǎn)過(guò)程中，汽車車身的涂裝是最主要的生產(chǎn)工藝之一。 本文研究主要內(nèi)容以及背景和意義隨著改革開(kāi)放和我國(guó)加入世貿(mào)組織，近幾年來(lái)我國(guó)的汽車制造業(yè)高速發(fā)展起來(lái)。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。以上兩個(gè)因素決定了 PID 控制器必須具備一定的自適應(yīng)性，其比例、積分、微分參數(shù)應(yīng)能夠隨著外界環(huán)境的改變而自動(dòng)的變化。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(lái)了挑戰(zhàn)。根據(jù)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行時(shí)的位姿與參照模型間的誤差，建立機(jī)器人補(bǔ)償機(jī)制，以進(jìn)一步提高機(jī)器人噴涂作業(yè)的精度。動(dòng)態(tài)因素主要是由外力所引起的機(jī)械部件本身的彈性變形所帶來(lái)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差。 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。 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)。5)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用己從仿真發(fā)展到用于過(guò)程控制,如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中操縱機(jī)器人的感覺(jué)。機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性大大提高。3)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展,有利于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)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(cè)系統(tǒng)三位一體化。 國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外,近年來(lái)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展有如下幾個(gè)趨勢(shì):l)機(jī)器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性),而其價(jià)格不斷下降。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(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。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。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。3)控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高,己由過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的 6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制 21 軸,甚至 27 軸,實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。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。以德國(guó) KUKA 公司為代表的機(jī)器人公司,己將機(jī)器人并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu),拓展了機(jī)器人的工作范圍,加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用,大大提高了機(jī)器人的性能。 近年來(lái)國(guó)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。目前在我國(guó)，還沒(méi)有完全意義上的獨(dú)立生產(chǎn)噴涂機(jī)器人的廠家，機(jī)器人市場(chǎng)大多為歐美、日本、韓國(guó)等國(guó)的生產(chǎn)廠家所壟斷。我國(guó)的華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)先后對(duì)噴涂機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行深入的研究，取得了不少進(jìn)展。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器等工藝生產(chǎn)部門。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(guò)較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動(dòng)的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。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。甚至引起爆炸,所以,防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)電動(dòng)噴涂機(jī)器人很重要的一部分。有鑒于此,噴涂機(jī)器人在涂裝領(lǐng)域越來(lái)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。噴涂機(jī)器人最顯著的特點(diǎn)就是不受噴涂車間有害氣體環(huán)境的影響,可以重復(fù)進(jìn)行相同的操作動(dòng)作而不厭其煩,因此噴涂質(zhì)量比較穩(wěn)定。但由于噴涂機(jī)只能完成一些簡(jiǎn)單的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),而被涂工件表面的多樣性及復(fù)雜性使得噴涂機(jī)的使用受到一定的限制。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。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)。采用噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了噴涂生產(chǎn)作業(yè)的自動(dòng)化,避免了工人始終處于有毒環(huán)境中而造第一章 緒論1成急性或慢性中毒,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性,同時(shí)能減少涂料和能量的消耗,提高生產(chǎn)效率。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)。 自從 1962 年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái),經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展,機(jī)器人己在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 機(jī)器人是用于完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化的自