虚拟样机的喷涂机器人结构设计(附件)【字数：14573】
摘 要喷涂是现代的产品制造工艺中的一个重要环节。防锈、防蚀涂装质量是产品全面质量的重要方面之一。产品外观质量不仅反映了产品防护、装饰性能 , 而且也是构成产品价值的重要因素。而随着现代化工业的快速发展，社会生产向着机械化，自动化的方向发展，在工业生产中运用喷涂机器人，可以极大的提高生产效率，减轻工人的劳动强度，也避免有毒的溶剂对于人的毒害。本设计为一种关节式喷涂机器人，具有五个自由度，运转灵活，其中腰部电机通过三级减速后驱动腰部回转箱在水平面内转动，实现一个自由度。大臂内上伺服电机通过三级减速驱动大臂在竖直面内相对回转箱做上下转动，实现一个自由度。大臂内下伺服电机通过三级减速驱动小臂在竖直面内相对大臂做左右摆动，实现一个自由度。同时小臂内伺服电机通过上下布置的同步带驱动手腕在竖直面内摆动，并使其在水平面内转动。手腕的两个自由度控制直接决定了喷涂的质量和效率。这次机器人的总体结构设计是机器人设计中重要的部分，它是根据生产中的实际问题而采取的有效方法，不仅具有理论研究价值，而且具有现实意义。它可以打开我国的机器人生产品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本高，而且质量、可靠性不稳定的僵局。
目 录
第一章 喷涂机器人介绍 1
1.1喷涂机器人现状： 1
1.2机器人的国内外研究 1
1.2.1我国机器人研究现状 1
1.2.2国外机器人研究现状 2
1.3研究本课题的意义 2
第二章 喷涂机器人的设计方案 3
2.1研究喷涂对象 3
2.2确定驱动系统 3
2.3工业机器人的主要结构形式 4
2.4传动形式 5
2.5电机类型 5
2.6确定各臂长度和各臂的运动范围 5
2.7关节机器人臂杆的平衡方式 6
2.8喷涂机器人的总体方案确定 6
第三章 喷涂机器人结构与传动系统设计 8
3.1 腰部传动系统设计 8
3.1.1腰部三级减速器的设计 8
3.1.2轴系设计： 14
3.2大臂的结构设计 18
3.2.1大臂与腰部端的减速器设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.2.2轴系设计 24
3.3大臂与小臂端三级减速器设计 25
3.4小臂设计 27
3.4.1选择伺服电机： 28
3.4.2锥齿轮设计： 29
3.4.3同步带传动 31
3.4.4手腕的2个自由度设计 32
3.5喷涂机器人的装配图、大臂图以及小臂图 32
3.6基于装配图的运动仿真 33
第四章 机器人控制系统 34
4.1控制系统的结构 34
4.2工业机器人系统的组成 34
4.3控制系统的分类 35
4.4控制系统结构 35
结束语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 喷涂机器人介绍
1.1喷涂机器人现状：
喷涂机械手是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成喷漆作业，程序可按需要变动，所以适合多品种小批量生产。机械手能够突破人体生理条件极限，代替人们去从事高温、放射性、喷雾、沙尘等危险、繁重而又单调的工作。
喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
1.2机器人的国内外研究
1.2.1我国机器人研究现状
我国机器人的[1]研究和开发可追溯到六十年代，概括而言，其发展历程可以人致分为如下三个阶段。
第一阶段（19871993）：以三种类型五个型号机器人的研究开发为战略目标，跟踪国外机器人高技术的发展，确定了自动化领域 2000 年最终战略目标，其中智能机器人包括三种类型的目标产品，即智能型装配机器人、水深 300 米以下的无缆自治式水下机器人及自治式移动机器人。1986 年我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987 年“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。最初我国在机器人方面的研究主要目的是跟踪国际先进的器人技术，之后我国在机器人技术及应用方面取得了很大成就，主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人；北京自动化研究所 1993年研制的喷涂机械臂等。
第二阶段（19931997）：将机器人技术渗透、应用到国民经济各行业，直接为国民经济建设服务作为这一阶段的主要战略目标，确定了以特种机器人与工业机器人及其应用并重、以应用带动机器人目标产品开发、以应用带动关键技术和应用基础研究、以应用带动系统集成技术与关键部件突破的发展方针，努力推动科技成果转化，使机器人技术的发展成为高技术产业化的技术源头，直接为国民经济建设主战场服务。主要研究成果有：北京自动化研究所 1995 年完成的高压水切割机器人；国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所完成的有缆深潜 300米机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人等。第三阶段（1997现在）在继续实施第二阶段战略目标的同时，提出中国机器人事业可持续发展的新的战略目标，采取多种措施，大力加强基地与队伍建设，特别是机器人的产业化发展，积极做好“十五”与计划的衔接。
总之，国内机械臂技术跟国外的机械臂相比还有很大的差距，还需要我们投入更多的精力、人力和财力去研究。
1.2.2国外机器人研究现状
机械臂的研究最早可追溯到 20 世纪 40 年代，美国 Argonne＆Oak Ridge 国家实验室开发了用于处理放射性物质的遥控机械操作手。1954 年，美国的 GeorgeDevol 首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械臂。1978 年,Devol 的 Unimation 公司(现在叫 Staubli Unimation)推出通用工业机器人 PUMA，标志着工业机器人技术已经完全成熟。这属于第一代机器臂，这类机器臂主要是指能以“示教—再现”方式工作的工业机器人。智能机器人和第一代工业机器人不一样，它具有像人那样的感觉、识别、推理、判断能力，可以根据外界条件的变化，对自己的工作做相应的调整。如果修改程序的原则由人预先给以规定，这种智能机器人便是初级智能机器人，即第二代机器人。这种智机器臂技术也逐渐成熟，走向实用。在工业生产中，许多用于组装的机器臂，便是这类机器臂。
1.3研究本课题的意义
目 录
第一章 喷涂机器人介绍 1
1.1喷涂机器人现状： 1
1.2机器人的国内外研究 1
1.2.1我国机器人研究现状 1
1.2.2国外机器人研究现状 2
1.3研究本课题的意义 2
第二章 喷涂机器人的设计方案 3
2.1研究喷涂对象 3
2.2确定驱动系统 3
2.3工业机器人的主要结构形式 4
2.4传动形式 5
2.5电机类型 5
2.6确定各臂长度和各臂的运动范围 5
2.7关节机器人臂杆的平衡方式 6
2.8喷涂机器人的总体方案确定 6
第三章 喷涂机器人结构与传动系统设计 8
3.1 腰部传动系统设计 8
3.1.1腰部三级减速器的设计 8
3.1.2轴系设计： 14
3.2大臂的结构设计 18
3.2.1大臂与腰部端的减速器设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.2.2轴系设计 24
3.3大臂与小臂端三级减速器设计 25
3.4小臂设计 27
3.4.1选择伺服电机： 28
3.4.2锥齿轮设计： 29
3.4.3同步带传动 31
3.4.4手腕的2个自由度设计 32
3.5喷涂机器人的装配图、大臂图以及小臂图 32
3.6基于装配图的运动仿真 33
第四章 机器人控制系统 34
4.1控制系统的结构 34
4.2工业机器人系统的组成 34
4.3控制系统的分类 35
4.4控制系统结构 35
结束语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 喷涂机器人介绍
1.1喷涂机器人现状：
喷涂机械手是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成喷漆作业，程序可按需要变动，所以适合多品种小批量生产。机械手能够突破人体生理条件极限，代替人们去从事高温、放射性、喷雾、沙尘等危险、繁重而又单调的工作。
喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作。
1.2机器人的国内外研究
1.2.1我国机器人研究现状
我国机器人的[1]研究和开发可追溯到六十年代，概括而言，其发展历程可以人致分为如下三个阶段。
第一阶段（19871993）：以三种类型五个型号机器人的研究开发为战略目标，跟踪国外机器人高技术的发展，确定了自动化领域 2000 年最终战略目标，其中智能机器人包括三种类型的目标产品，即智能型装配机器人、水深 300 米以下的无缆自治式水下机器人及自治式移动机器人。1986 年我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987 年“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。最初我国在机器人方面的研究主要目的是跟踪国际先进的器人技术，之后我国在机器人技术及应用方面取得了很大成就，主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人；北京自动化研究所 1993年研制的喷涂机械臂等。
第二阶段（19931997）：将机器人技术渗透、应用到国民经济各行业，直接为国民经济建设服务作为这一阶段的主要战略目标，确定了以特种机器人与工业机器人及其应用并重、以应用带动机器人目标产品开发、以应用带动关键技术和应用基础研究、以应用带动系统集成技术与关键部件突破的发展方针，努力推动科技成果转化，使机器人技术的发展成为高技术产业化的技术源头，直接为国民经济建设主战场服务。主要研究成果有：北京自动化研究所 1995 年完成的高压水切割机器人；国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所完成的有缆深潜 300米机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人等。第三阶段（1997现在）在继续实施第二阶段战略目标的同时，提出中国机器人事业可持续发展的新的战略目标，采取多种措施，大力加强基地与队伍建设，特别是机器人的产业化发展，积极做好“十五”与计划的衔接。
总之，国内机械臂技术跟国外的机械臂相比还有很大的差距，还需要我们投入更多的精力、人力和财力去研究。
1.2.2国外机器人研究现状
机械臂的研究最早可追溯到 20 世纪 40 年代，美国 Argonne＆Oak Ridge 国家实验室开发了用于处理放射性物质的遥控机械操作手。1954 年，美国的 GeorgeDevol 首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械臂。1978 年,Devol 的 Unimation 公司(现在叫 Staubli Unimation)推出通用工业机器人 PUMA，标志着工业机器人技术已经完全成熟。这属于第一代机器臂，这类机器臂主要是指能以“示教—再现”方式工作的工业机器人。智能机器人和第一代工业机器人不一样，它具有像人那样的感觉、识别、推理、判断能力，可以根据外界条件的变化，对自己的工作做相应的调整。如果修改程序的原则由人预先给以规定，这种智能机器人便是初级智能机器人，即第二代机器人。这种智机器臂技术也逐渐成熟，走向实用。在工业生产中，许多用于组装的机器臂，便是这类机器臂。
1.3研究本课题的意义
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