【正文】 為繞i軸旋轉，此時整個小臂體對i軸的轉矩最大。ab邊為機架，ad邊為搖桿，bc邊為曲柄。綜合以上分析。對于雙搖桿機構來說機架為最短邊的對邊，既大臂與最短桿相對?！°q鏈四桿機構的設計此處的鉸鏈四桿機構共有三種設計方案，分別是雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖17哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文桿機構。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(xiàn)俯仰運動。盡量減少對其關節(jié)的轉動慣量以及偏重力矩，以減少驅動裝置的負載，同時注意減少運動的動載荷與沖擊。因此設計手臂時，該充分考慮根據(jù)機器人所要完成任務而提出設計要求，從而確定手臂桿的大體結構和長度。同時小臂桿還要承受整個手腕的重量以及在運動中產生的動載荷。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L[1620]。設整個腕部、回轉套支架、聯(lián)軸器、短軸、電機、減速器等部件的質量估算為12kg。電機通過脹緊套連接空心軸，所以電機輸出軸也要進行適當?shù)募哟旨娱L。電機輸出軸端進行適當?shù)募哟旨娱L，并且在末端開鍵槽。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2帶動回轉套做回轉運動。15哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文圓柱體的轉動慣量為：J =m(3 R2+L2) =3(3+) = 取噴槍的轉動角速度為ω=2rad/s，n=60r/min由此轉動角加速度=20rad/s2計算力矩T為：T=J=P=Tω=2=故訂做的減速電機1的額定電壓為220V，輸出功率至少為4w，轉速為1400r/min，減速箱的減速比為23?；剞D套的質量也要盡量的小，所以材料為鋁合金類材料。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。在回轉套外，帶動回轉套回轉的減速電機2安裝在回轉套支架的外側，帶動整個回轉套做回轉運動。故噴漆機器人足可滿足要求的最大覆蓋范圍，證明方案正確，小臂和大臂的長度和俯仰角度確定的合適。由于論證時的前提條件是把噴漆機器人的最大覆蓋范圍一分為二。所以當工作面為igh時，手臂長度符合要求。根據(jù)設計方案知細桿1的最大俯仰角度為+135 186。14第3章 噴漆機器人機構設計　達到f、e極限時位置模型　達到g、h極限時位置模型同理，當圓盤再次回轉一個角度時，使得細桿2的末端igh平面運動時。讀圖可知當達到其他位置時，細桿1與細桿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。讀圖可知達到e點時，細桿2相對于細桿1的俯仰角度最小55 186。所以當工作面為abcd時，手臂長度符合要求。根據(jù)設計方案知細桿2相對于細桿1的最小俯仰角度80 186。根據(jù)設計方案知細桿1的最大俯仰角為+135 186。當工作平面在abcd時，達到各極限位置時細桿1與細桿2的位置狀態(tài)。如果能在各個細桿的運動范圍內達到這八個頂點，那么細桿2的末端必然能夠達到空間內的其他點。所以只需要驗證一般空間即可，另一半與之對稱。在論證時，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。如果超過噴漆機器人的最大覆蓋范圍，則假設的尺寸符合要求，如果小于噴漆機器人的最大覆蓋范圍，則需要重新制定各部分的尺寸。俯仰運動。細桿1的另一端連接著細桿2，同時細桿2可以相對于細桿1做俯仰范圍是+168186。的圓盤上，其俯仰范圍是+135186。細桿1固定在回轉范圍是177。在建立數(shù)學模型之前，假設噴槍是一個不計體積的點。回轉范圍是177。俯仰范圍是+168186。根據(jù)設計方案和預先假設，暫定大臂長1m，俯仰范圍+135186。說明了每個傳動方案的優(yōu)點和不足，并給出了需要校正的零部件的方法。完成了機器人的總體傳動系統(tǒng)的設計。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。因此，力矩電機帶動腰部主軸旋轉，從而使腰部回轉盤旋轉。腰部主軸與腰部回轉盤用螺釘相聯(lián)，大臂和小臂的驅動電機固定在腰部回轉盤上的電機座上。11第2章 總體結構設計 腰部的傳動機構　腰部關節(jié)結構示意圖。在安裝時，驅動大臂的電機和驅動小臂的電機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。因此，減速電機帶動10哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文小齒輪轉動，再帶動大齒輪轉動，從而帶動整個大臂做俯仰運動。小齒輪所在的軸通過聯(lián)軸器與減速電機相連。大齒輪和小齒輪組成具有一定減速比的齒輪組。 大臂的傳動機構　大臂關節(jié)結構示意圖。這里的鉸鏈四桿機構的后桿與底桿既可以平衡手腕部分和部分小臂的重量，也可以使驅動電機置于腰部回轉盤上，避免電機安裝小臂末端，減少大臂所承受的負載。電機布置在回11哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文轉盤上，這樣既能減少大臂的負載，同時也可以和大臂桿的驅動電機形成一定的平衡。脹緊套具有對中精度高、安裝/拆卸方便、強度9第2章 總體結構設計高、連接穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。范圍內的俯仰運動，從而調節(jié)整個腕部的空間位置。小臂做+135186。三個運動的合運動可以使噴槍運動到工作范圍的各個角度，能十分有效的運用于結構復雜的零件噴涂加工中。帶動整個腕部旋轉的減速電機3固定在一個圓盤上，由于小臂是空心管的結構形式，故減速電機可以放入小臂內部，再通過圓盤固定在小臂末端。這里采用減速電機的原因是：減速電機是由減速器和電8哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文機組成的整體，減速電機的驅動力矩比較大而起減速電機比較容易安裝固定。如圖所示，腕部有三個自由度，分別由三個減速電機驅動的。對于小臂的平衡，在這里小臂采用鉸鏈四桿的結構方式，這種結構通過后桿的質量來平衡腕部的質量，同時電機也可以放在腰部回轉盤上，從而減輕大臂的負載[14]。但當負載較小，臂桿的重量較輕，關節(jié)力矩不大，驅動裝置有足夠的容量時，可以省去平衡。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構，材料同樣是鋁合金。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。 各個關節(jié)的結構形式和平衡方式一般的工業(yè)機器人有5個左右的結構復雜的結構件，即：底座、腰部轉動臺支架、大臂、小臂和手腕部。自由度數(shù)：6。重復定位精度：177。噴漆機器人的整體結構形式：鉸鏈四桿機構。360186。角加速度：2rad/s。關節(jié)5，既噴槍的俯仰運動，俯仰范圍：177。185186。角加速度：/2 rad/s。關節(jié)3，既小臂的俯仰運動，俯仰范圍：+168186。至90186。角加速度：/2 rad/s。 噴漆機器人的運動參數(shù)關節(jié)1，既腰部的旋轉運動，旋轉范圍：177。又因噴漆機器人的負荷小，運動速度低，而且根據(jù)設計要求，所以采用六自由度。多關節(jié)型機器人的運動空間比前三者大，可以完成十分復雜的動作，運動軌跡靈活多變，自由度多而且結構相對簡單。圓柱坐標機器人的工作范圍是一個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，但是它跟直角坐標系機器人一樣有著極大的工作局限性。 確定驅動機型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7哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文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8第2章 總體結構設計單，設計比較方便。此外，由于近年來電機都采用新型磁性材料，伺服電機的特性得到提高，同是又研制出電子線路穩(wěn)定性好、效率高的電驅動方式，而且這種驅動方式和控制系統(tǒng)信號可以保持一致，又便于和計算機連接或者是單片機相連，能實現(xiàn)精密控制，可用于程序復雜、運動軌跡精度要求嚴格的工業(yè)機器人。氣壓驅動的特點主要是響應速比較度快，廣泛應用于數(shù)控機床等設備中，但是存在管路漏氣的現(xiàn)象，維修比較麻煩。目前，工業(yè)機器人的驅動方式主要有液壓驅動、電機驅動和氣壓驅動三種。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。這些工業(yè)機器人的旋轉速度和直線移動速度都比較快，而且定位精度十分高，它們的驅動元件大多安裝在活動支架上。如果沒有一個有效的伺服驅動系統(tǒng)，無論機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)，也是無濟于事的。，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部分的部裝圖與腕部回轉部分的部裝圖。全文主要內容如下：，確定了各個關節(jié)的傳動方案。因此實現(xiàn)高質量的噴漆機器人的國產化，對于我國工業(yè)機器人的發(fā)展和汽車制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。然而我國的工業(yè)機器人的起步較晚、技術比較落后，間接導致了我國自行生產的噴漆機器人在控制精度、軌跡運行精度、噴涂質量、工作穩(wěn)定性、使用壽命、性價比等方面上與發(fā)達國的噴漆機器人存在著較大的差距。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。在汽車制造生產過程中，汽車車身的涂裝是最主要的生產工藝之一。 本文研究主要內容以及背景和意義隨著改革開放和我國加入世貿組織，近幾年來我國的汽車制造業(yè)高速發(fā)展起來。國內使用噴涂機器人進行汽車車身涂裝的汽車制造廠家基本上是采用國外噴漆機器人制造商的噴涂機器人和生產線，但是普遍存在故障排除困難、兼容性差、維修困難、升級困難等問題，從而難以真正發(fā)揮設備本身的作用。如日本的安川Motoman公司與國內首鋼4第1章 緒論合作，生產和研發(fā)多種用途的工業(yè)機器人；ABB公司也在上海和北京設立分公司，主要銷售用于噴涂和非用于噴涂的兩類工業(yè)機器人。改革開放以來由于國內的汽車制造業(yè)和大型的機械制造業(yè)的發(fā)展和需求，國內的許多汽車制造廠家和大型機械的制造公司也正在開發(fā)和研究適合自己企業(yè)實際生產狀況的噴涂機器人。 國內噴漆機器人的研究概況國內的噴涂機器人的研究始于二十世紀八十年代。90年代初首次在Bergerlahr機器人自動噴涂設備上試裝了涂料流量控制裝置，使噴涂質量有了巨大的飛躍。當時使用的是MK的h16機器人，采用的是氣體和液體相結合的流量控制系統(tǒng)。噴漆機器人最早是由挪威Trallfa公司（后并入ABB集團）于1969年發(fā)明的。仿人和仿生技術：這是機器人技術發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎研究[25]。傳統(tǒng)機器人在設計是沒有考慮與人緊密共處，因此其所用材料多為金屬或硬性材料。過去該領域的研究幾乎是空白的，因此該領域研究的進展將會引起機器人技術的一場革命，并且對社會進步和人類活動的各個方面產生不可估量的影響，微小型機器人技術的3哈爾濱工程大學本科生畢業(yè)論文研究主要集中在系統(tǒng)結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機器人的虛擬遙感操作和人機交互。機器人的結構越來越靈巧，控制系統(tǒng)也越來越小，二者正朝著一體化的方向發(fā)展。其研究熱點在于研制出有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器融合算法。對于編程技術，除了進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化將成為研究重點。機器人控制技術：重點研究開放式和模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加清楚明朗，語言、圖形編程界面還正在研制當中。研究內容主要有以下10個方面：工業(yè)機器人的操作機結構的優(yōu)化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步增強負載/自重比?？梢灶A見，在21世紀各種先進的機器人系統(tǒng)將會進入人類生活的各個領域，成為人類良好的助手和親密的伙伴。軍用機器人：近年來，美、英、法、德等國已研制出第二代軍用智能機器人。醫(yī)用機器人：主要用于醫(yī)療外科手術的規(guī)劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。目前日、美、德等發(fā)達國家已研制出了用于石油、天然氣輸送管道檢修的地下