六自由度喷涂机器人结构设计和实现 机械制造专业.docx

六自由度喷涂机器人结构设计摘 要现在制造业中，随着生产技术的提高，喷涂机器人发挥着越来越重要的在作用，其应用的范围也越来越广泛喷涂机器人的应用在未来有极大的前景，目前，中国市场上的自动喷涂机器人大多依靠进口因此，中国迫切需要克服喷涂机器人的关键技术，提升竞争力因此要加快实现喷涂机器人和自动化设备的技术突破，加快我国工业自动化的进程本论文以六自由度喷涂机器人为研究对象，对其结构与驱动系统进行研究，基于有限元理论，运用了静力学与动力学相关知识，对其进行了力学分析、静力校核和仿真，主要内容如下：（1）根据喷涂机器人的工作特点和设计要求，确定喷涂机器人的相关技术参数和结构设计方案本文利用CAD和三维建模软件Solidworks进行绘图，并初步设计了六自由度喷涂机器人的各个零部件2）根据喷涂机器人不同驱动方式以及电机与减速器的参数计算，并根据参数选择电机与减速器，确定最终传动系统3）运用有限元软件和结构强度理论对喷涂机器人的关键部位进行了静力学特征分析，分析了关键部位的变形情况和应力分布4）在静力校核的基础上，优化了关键部位的机械强度，再次对结构进行了静力学分析，并对比了优化前后的分析结果。

关键词：喷涂机器人；静力校核；结构设计 - I -六自由度喷涂机器人结构设计The Structure Design of 6-DOF Spraying RobotAbstract The spray painting robot is mainly composed of robot body, computer and corresponding control system. It uses 5 or 6 degrees of freedom joint structure. The arm has larger motion space and can do complex trajectory motion. The wrist has 2~3 freedoms, and it can move flexibly. The wrist of a more advanced painting robot adopts flexible wrist, which can be flexed in all directions and can be rotated. Its action is similar to that of a man's wrist. It can easily reach the inside of the work piece through smaller holes and spray its inner surface. The paint spraying robot is generally driven by hydraulics, which has the characteristics of fast action speed and good explosion-proof performance. It can be taught by hand holding instruction or point number display. Spray painting robots are widely used in automobile, instrument, electrical appliances, enamel and other process production departments.(1) According to the working characteristics and design requirements of the spraying robot, the relevant technical parameters and structural design plan of the spraying robot are determined. In this paper, CAD and 3D modeling software Solidworks are used for drawing, and each part of the six DOF sprayed robot is preliminarily designed.(2) According to the different driving modes of the spraying robot and the calculation of the parameters of the motor and retarder, and select the motor and the reducer according to the parameters, the final transmission system is determined.(3) The static characteristics of the key parts of the spraying robot are analyzed by using the finite element software and the structural strength theory, and the deformation and stress distribution of the key parts are analyzed.(4) On the basis of static checking, the mechanical strength of the key parts is optimized, and the statics analysis of the structure is carried out again, and the results of the analysis before and after the optimization are compared.Key Words：Spraying Robot；Static Check；Structural Design- II -目 录摘 要 IAbstract II引 言 151绪论 161.1课题研究背景和意义 161.2喷涂机器人的研究现状 171.2.1国外的研究现状 171.2.2国内研究现状 191.3论文研究主要内容 202.喷涂机器人机械结构设计 202.1确定驱动系统 202.2确定自由度和电机驱动参数 212.3运动参数的确定 212.4关节的结构形式 212.5大臂传动机构 222.6底座传动机构 232.7小臂传动机构 243.喷涂机器人机构设 253.1数学建模与分析 253.2 腕部设计 263.2.1 电机的选择 263.3 小臂的设计 193.3.1小臂设计的总体要求 193.3.2铰链四杆机构的设计 193.3.3电机的选择 203.3.4齿轮的设计与校核计算 223.4　大臂的设计 243.4.1大臂设计的总体要求 243.4.2电机的选择 253.4.3齿轮的设计与校核计算 283.5　腰关节的设计 293.5.1腰关节设计的总体要求 293.5.2电机的选择 293.6传感器的选择 303.7本章小结 324.1大轴1的结构设计与校核 324.1.1大轴1的结构设计 324.1.2大轴1的强度校核 334.2大轴2的结构设计与校核 334.2.1大轴2的结构设计 334.2.2大轴2的强度校核 364.3小轴1的结构设计与校核 364.3.1小轴1的结构设计 364.3.2小轴1的强度校核 364.4轴2的结构设计与校核 394.5回转底盘与腰部主轴连接螺钉的校核 394.6本章小结 40六自由度喷涂机器人结构设计引 言工业水平的提高，涂装已从传统的手工工业发展到工业自动化。

随着生产技术的进步，涂装生产线的应用越来越广泛，并渗透到国民经济的许多领域相对的传统人工喷涂存在着产量相对较低、厚度控制较差，无法保证均匀厚度、颜色相对较差等缺点对于常见的产品，传统人工喷涂已经被更具优势的喷涂机器人取代喷涂机器人是一种集合了人类和机器特长的自动执行喷涂工作的自动化智能机械装置，它能够按照编制的程序运行，同时还具备对不同环境状态做出快速应激反应的能力，能够时间长工作，具有抵抗恶劣环境的能力喷涂工作对人体健康有很大的危害，采用喷涂机器人代替人工是当今喷涂行业的发展趋势但是它还存在很多无法克服的缺陷，如油漆浪费大、无法自动调换颜色和进行离线编程等而本设计中的六自由度喷涂机器人，不但能使产品的抗腐蚀性得到提高、使用寿命变长，还能够更好地呈现出喷涂表面的色彩、亮度和光泽度等质量的好坏喷涂机器人采用铝合金材质，铝合金质量轻强度好，耐腐蚀性和可加工性良好采用铝合金材质，能满足喷涂机器人的强度要求和使用要求，而且其成本较低本设计的六自由度喷涂机器人，整体是一个串联单开链结构，有六个转动副构成，手腕关节可实现全角度的回转，极大地满足了工作的需要腰部和肘部仅能在限定的工作范围内进行转动喷漆机器人大多有三部分组成：底座，包括大臂和小臂的手臂以及手腕。

针对喷涂机器人的驱动传动精度的技术要求，经不同传动方式和驱动装置的比较后，确定了点击和减速器相配合的传动驱动系统，并完成了主要参数的计算和主要零件的选型利用三维建模软件Soildworks建立了各部件的结构模型，并完成了整机的装配在本次设计中也遇到了许多困难，关于材料的选择、零件的强度校核、电机的选择，通过和同学的讨论和向指导老师请教，这些问题都得到了解决 1绪论1.1 课题研究背景和意义近年来，随着汽车制造行业在我国的高速发展，而制造业从劳动密集型向现代化方向发展，未来的一段时间，制造业仍是经济重要组成部分伴随着传统制造行业的转型，尤其是汽车、电子等行业，生产工具在不断向自动化、智能化、信息化升级，这样就催生了机器人行业的不断发展这一现象在汽车制造行业尤其突出当今，我国对工业机器人的需求越来越大，生产力和科技水平的不断提高，工业机器人在制造领域的应用越来越广，并在精度、速度、可靠性、灵活性、承载能力方面的要求不断提高但是目前国内的大部分工业机器人仍达不到要求，所以仍然需要不断在工业机器人的技术上不断突破在汽车制造行业中，汽车的车身喷涂尤其重要车身喷涂可以提高汽车的耐腐蚀性延长使用寿命，并且能体现出汽车表面等质量，汽车喷涂的优劣人们对汽车最直接的评价标准。

对于汽车的市场竞争力有最直接的影响工业机器人有很多种，其中最典型代表就是喷涂机器人，喷涂机器人的使用范围很广，在各行各业中，制造产品进行表面喷涂是不可或缺的一部工序，但因为雾化的油漆对人体危害极大，而且为保证喷涂效果，喷涂环境的通风条件无法解决，而且传统人工喷涂不仅工艺质量差、效率低、劳动强度大，同时无法选择出最佳的喷涂轨迹，而采用喷涂机器人彻底解决了这些问题喷涂生产线主要采用静电涂装，是汽车车身涂装最主要的方法其具有效率高、污染小等优点，喷涂均匀可是用于大规模生产实现静电涂装的主要设备时自动喷涂机相对于自动喷涂机，喷涂机器人有以下优点：运动轨迹灵活，可完成复杂表面的喷涂，喷涂轨迹精确，油漆利用率高，可以提高喷涂层的厚度均匀度工作范围大，可适用于不同的零件喷涂可实现多种产品的喷涂，针对不同产品进行不同的编程有较高的设备利用率，易于操作和维护。