喷涂机器人的结构设计
1绪论
1.1机器人的现状和发展趋势
机器人是一个在三维空间中具有多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置[5][6][8]”。
自从机器人在20世纪50年代诞生以来，在短短的50 多年里得到了迅速的发展，它经历了第一代工业机器人的研究、实用化、普及，第二代感知功能机器人的研究、实用化，以及第三代智能机器人的研究等各个阶段。
近几年国外机器人领域发展有如下几个趋势：
1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从1991年的10.3万美元降至1997年的6.5万美元。
2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。
3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
4)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
我国的机器人研究始于20世纪70 年代。经过30多年的努力，从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过科技人员几十年的科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
1.2机器人的结构概述
机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为了使机器人进行作业而要求的外部设备组成。
1.2.1操作机
操作机是机器人完成作业的实体，它具有和人手臂相似的动作功能。通常由下列部分组成：
a.末端执行器又称手部，是机器人直接执行工作的装置，并可设置夹持器、工具、传感器等，是工业机器人直接与工作对象接触以完成作业的机构。
b. 手腕是支承和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围，一般有2～3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。有些专用机器人可以没有手腕而直接将末端执行器安装在手臂的端部。
c. 手臂它由机器人的动力关节和连接杆件等构成，是用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件。手臂有时包括肘关节和肩关节，即手臂与手臂间。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的变化范围和运动范围。
d. 机座有时称为立柱，是工业机器人机构中相对固定并承受相应的力的基础部件。可分固定式和移动式两类。
1.2.2驱动单元
它是由驱动器、检测单元等组成的部件，是用来为操作机各部件提供动力和运动的装置。
1.2.3控制装置
它是由人对机器人的启动、停机及示教进行操作的一种装置，它指挥机器人按规定的要求动作。
1.2.4人工智能系统
它由两部分组成，一部分是感觉系统，另一部分为决策－规划智能系统。
1.3课题研究的目的、意义和主要内容
制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。机器人在工业生产中被运用的广泛程度正是体现了一个国家的工业自动化程度。从某种意义上讲，也反映了一个国家的工业发展水平状况。每当人们在冲压、安装和整车组装生产线上无数次地重复同一个取放、安装零件的时候,往往求助于机器人,尤其在喷涂作业那种恶劣的环境中,机器人的使用大大减轻了工人的体力劳动，改善了工作状况,减少了产品的生产加工成本。以机器人为代表的现代自动控制科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以机器
人为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。
目前，全世界的机器人保有量为几百万台，其中绝大部分为日、美等工业发达国家所有。我国目前拥有机器人4000多台，主要在工业发达地区应用。在机器人的应用方面，与发达国家还有一定的差距，所以我国未来的机器人的市场需求将是巨大的，在喷涂行业，为了避免人在有毒、易燃、易爆的恶劣环境下工作，减少喷涂的废品，提高喷涂质量，提高劳动生产率，迫切要求实现喷涂自动化。目前，喷涂机器人主要应用在汽车制造及家电生产领域，在木制品表面裝饰中应用较少。所以今后的市场需求会很大，本课题正是应对这种市场需求成立的。
本课题研究的主要内容是：为了达到喷涂工艺的要求和满足不同形状的表面喷涂要求，设计具有6个自由度的喷涂机器人，即腰关节的转动、大臂的摆动、小臂的摆动、手腕转动、手腕俯仰以及工具滚动。
喷涂机器人的本体结构为：机器人的机座（即底部和腰部的固定支撑）结构、腰关节传动装置、大臂（即大臂支撑架）结构及大臂传动装置、小臂（即小臂支撑架）结构及小臂关节转动装置、手腕（即手腕支撑架）结构及手腕关节转动装置。
主要对机器人的传动系统进行设计计算，机构布局设计、腰关节传动系统的设计、大小臂关节传动系统的设计、腕部传动系统的设计等。以及对组成各个转动关节的传动零部件进行设计、选择、校核、计算。最终，完成机器人整机的设计。
2 设计方案的确定
2.1 总体方案的确定
2.1.1设计方案的讨论
为了达到喷涂工艺的要求和满足不同形状的表面喷涂要求，所以机器人有6个自由度，即腰关节的转动、大臂的摆动、小臂的摆动、手腕滚动、手腕俯仰以及工具滚动。能实现上述要求的，可以有不同的运动组合，可供选择、参考的设计方案有以下四种[4]：
2.1.1.1圆柱坐标型
这种运动形式是通过一个转动，两个移动，共三个自由度组成的运动系统，工作空间图形为圆柱型。它与直角坐标型比较，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大。
2.1.1.2直角坐标型
直角坐标型工业机器人，其运动部分由三个相互垂直的直线移动组成，其工作空间图形为长方体。它在各个轴向的移动距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高、结构简单，但机体所占空间体积大、灵活性较差。
2.1.1.3球坐标型
又称极坐标型，它由两个转动和一个直线移动所组成，即一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动组成，其工作空间图形为一个球形，它可以作上下俯仰运动并能够抓取地面上或较低位置的工件，具有结构紧凑、工作空间范围大的特点，但结构复杂。
2.1.1.4关节型
关节型又称回转坐标型，这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，这种机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂间形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂作回转运动和使大臂作俯仰摆动，小臂作俯仰摆动。其特点使工作空间范围大，动作灵活，通用性强、能抓取靠进机座的物体。关节型结构的机器人在相同体积条件下比非关节型机器人具有大得多的相对空间和绝对空间。
按设计要求、经对比分析确定，本课题采用的机器人的结构形式为关节型。
2.1.2本体结构布局设计
合理确定机器的布局是机械设计的一个重要环节，它对机械的设计、制造与使用都有很大的影响。
本次设计的机器人主要有5大部分组成：机座、腰关节立柱、大臂、小臂和手腕。腰关节立柱垂直布置于机座上，大臂联结在立柱上，小臂联结在大臂的另一端，小臂的另一端和手腕联结。本次设计的机器人的布局简图如图2-1：
图2-1 机器人的结构布局简图
2.2 传动方案的确定
2.2.1驱动方式
目前机器人关节常用的驱动方式有液压驱动、气动驱动和电动机驱动等多种方式。各种驱动方式有其自身的特点，在工业机器人中液压和气动驱动应用很广泛，有些机器人则同时使用多种驱动方式，这都视不同机器人的特点和要求所定。比较这些驱动方式的特点，从中选出适合机器人关节的驱动方式[9]。
2.2.1.1液压驱动
液压驱动的特点有：
1）驱动力和驱动力矩较大，臂力可达到1000N左右；
2）速度反应性较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液容积的变化，所以当不考虑油液温度的变化时，被驱动系统的滞后也是几乎没有的，而且液压机构的重量轻、惯性小，因此它的速度响应性较好；
3）调速范围大，而且可以无级调速，易于适应不同的工作要求；
4）传动平稳，能吸收冲击力，可以实现较频繁而平稳的换向；
5）在产生相同驱动力的条件下，液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯性小；
6）定位精度比气动高，比电动低；
7）液压系统的漏油对机构的工作稳定性有一定的影响；
8）油液中如果混入气体，将降低记取的刚性，影响定位精度；
9）油液的温度和黏度的变化影响传动性能；
10）需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会引起故障。液压驱动方式输出力和功率较大，能构成伺服机构，常用于大型机器人关节的驱动。
2.2.1.2气压驱动
气压驱动的特点有：
1）通过调节气流，就可以实现无级变速；
2）由于压缩空气粘性小，流速大，因此气压驱动的机器人关节速度快；
3）压缩空气可以从大气中获取，故动力源获得方便、价格低廉、而且废气处理方便；
4）由于压缩空气粘性小，故在管路中的压力损失也很小，一般其阻力损失不到油液在
油路中损失的千分之一，故压缩空气可以集中供应，远距离传输；
5）压缩空气的压缩性较大，因此使得传动平稳性较差，定位精度较低；而且压缩空气排到大气中时噪声较大，另外还需考虑润滑和防锈等；
6）压缩空气的压力较低，致使机器人机构较大；
7）空气压缩性大，工作平稳性差，速度控制困难，要达到准确的位置控制很困难；
因此，气压驱动的机器人常用于臂力小于300N、运动速度较快以及高温、高粉尘等工作环境恶劣的场合。
2.2.1.3电动机驱动
电动机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流伺服电动机和步进电动机驱动。普通交、直流电动机驱动需要加减速装置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。步进电动机输出力矩相对较小，控制性能好，可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。电动机适用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐渐提高。
从相关文献及资料得知，电动机驱动可避免电能转换为压力能的中间环节，效率比液压和气压驱动要高；电动机系统将电动机、测速机、编码器、减速器及制动器组装在一次加工的壳体中，使得整个电机系统体积小，可靠性和通用性也得到大的提高；另为，电动机根据运行距离及电动机的脉冲当量算出脉冲数，将数据输入计算机，可达到非常高的位姿准确度，这些都是电动机驱动的优点。相对的，液压与气压驱动系统组成机构繁琐，维护不方便，液压源和气压源装置体积较大。所以目前机器人关节驱动逐渐为电动机所取代。
在查阅和对比多种机器人的驱动方式后，本次设计的机器人采用直流伺服电机驱动。
2.2.2传动方式
传动装置是一种能量转化兼其他作用的装置，它的主要作用有：能量的分配与传递、运动形式的改变、运动速度的改变，传动通常分两类:第一类是机械不发生改变的传动——机械传动；另一类是机械能改变为电能或电能改变为机械能的传动——电传动。机械传动又可分为啮合、摩擦传动和流体传动三大类。考虑机器人结构的实际情况，带传动、齿轮传动、链传动、蜗杆传动和谐波齿轮传动是其可能的传动方式。以下将对这几种传动方式进行比较。
2.2.2.1带传动
带传动通常是由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带组成。当主动轮回转时依靠带和带轮接触面之间的摩擦力拖动从动轮一起回转，从而传动一定的运动和动力。
带传动具有的优点有：由良好的挠性和弹性，有吸振和缓冲的作用，因而使带传动平稳、噪声小；有过载保护作用，当过载时引起带在带轮上发生相对滑动，可防止其他零件的损毁；制造、安装精度和齿轮传动相比较低，结构简单，制造、安装、维护均较方便，适合于两轴之间中心距较大的传动。
带传动的主要缺点有：由于弹性滑动的存在，使得传动效率降低，不能保证准确的传动比；由于带传动需要初始张紧，因此当传递相同大的圆周力时，与啮合传动相比，轴上的压力较大；结构尺寸较大，不紧凑；传动带寿命较短；传动带和带轮之间会产生摩擦放电现象；不宜用于有爆炸危险的场合。
现在一些新型带传动形式，如高速带传动、同步带传动、多楔带传动已经克服了以上大部分的缺点。
2.2.2.2链传动
链传动是由链条和主、从动链轮所组成的。链轮制造有特殊齿型的齿，依靠链轮齿和链条的链节来传递运动和动力。
链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动没
有弹性滑动和打滑现象，因而能保证准确的平均传动比，传动效率较高；又因为链条不需要像带那样张得很紧，所以作用在轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构比较紧凑。与齿轮传动相比，链传动的制造安装要求精度较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。
链传动的主要缺点是：在两根平行轴之间只能用于同向回转的传动；传动时不能保证准确的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声，不宜在速度变化很大和急速方向的运动中应运。
链传动主要用于要求工作可靠，且两轴距离较远，以及其它不宜用齿轮传动的场合。
2.2.2.3齿轮传动
齿轮传动是机械传动中应用最为广泛的一类传动，常用的渐开线齿轮传动具有以下一些主要特点：
传动效率高，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率是最高的。一级圆柱齿轮传动在正常润滑条件下的效率可达到99%以上，在大功率传动中，高传动效率是十分重要的；传动比恒定，齿轮传动具有不变的瞬时传动比，因此齿轮传动可用于圆周速度为200m/s的以上的高速传动；结构紧凑，在同样使用条件下，齿轮传动所需要的空间尺寸比带传动和链传动小的多；工作可靠，寿命长，齿轮传动在正确安装、良好润滑和正确维护的条件下，具有其它机械传动无法比拟的高可靠性和寿命。
齿轮传动的主要缺点有：对齿轮制造、安装要求高，齿轮制造常用插齿机和滚齿机等专用机床及专用工具；通常的齿轮传动为闭式传动，需要良好的维护保养，因此齿轮传动的成本和费用高；并且齿轮传动不适合中心距较大的两轴之间的动力传递。
2.2.2.4蜗杆传动
蜗杆传动一种空间齿轮传动，能实现交错角为90°的两轴间的运动和动力的传递。
蜗杆传动与圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动相比具有结构紧凑、传动比大、传动平稳和可以自锁等显著优点。
蜗杆传动的主要缺点是：齿面摩擦大、发热量高，传动效率低。蜗杆传动通常用于中、小功率非长时间连续工作的应用场合。
2.2.2.5谐波齿轮传动
谐波传动包括三个基本构件：柔轮、刚轮和波发生器。如图2-2所示。三个构件中可以任意固定一个，其余两个一个固定，一个从动，可以实现减速或增速（固定传动比），也可以换成两个输入、一个输出，组成差动传动。谐波传动主要用于军工、精密仪器生产、医疗器械、起重机、机器人等。
图2-2 谐波减速器结构图
谐波齿轮传动的特点如下：
1）结构简单，重量轻、体积小。由于谐波齿轮传动比普通齿轮传动的零件数目大大减少，其体积可比普通齿轮传动体积小20%~50%。
2）传动比范围大，一般单级谐波齿轮传动，传动比为60~500；当采用行星发生器时，传动比为150~4000；而采用复波传动时，传动比可达7
10。
3）承载能力高。由于谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即同时承受载荷的齿数多，在材料的力学性能和传动比相同的情况下，齿的强度保持一定时，其承载能力比其他形式的传动可大大的提高。
4）损耗小，效率高。这是因为齿的相对滑动速度极低，因此它可在加工粗糙度和润滑条件差的情况下工作。
5）齿的磨损小且均匀。由于齿的啮合是面接触，啮合齿数多，齿面比压小，滑动速度，所以对于齿的磨损小且均匀。
6）运动平稳，无冲击。由于柔轮和刚轮啮合时，齿与齿间均匀接触，同时齿的啮入和啮出是随柔轮的变形逐渐进入和退出刚轮齿间的。
7）可以向密封空间传递运动。由于弹性件（柔轮）被固定后，它既可以作为封闭传动的壳体，又可以产生弹性变形，即产生错齿运动，从而达到传递运动的目的。因此，它可用在操纵高温、高压的管道以及用来驱动工作在高真空、有原子辐射和有害介质空间的机构。
在谐波齿轮传动中，柔轮加工较困难，对柔轮轴承的材料及制造精度要求较高。表2-1列出了各种传动形式的传动效率：
表2-1 主要传动形式的效率
传动方式传动效率
带传动0.9~0.98
链传动0.93~0.97
圆柱齿轮传动0.9~0.99
圆锥齿轮传动0.88~0.98
蜗杆传动0.4~0.98
谐波齿轮传动0.7~0.9
丝杠传动0.85~0.95
2.2.3传动方案
根据本设计的要求，参考国内外工业机器人的典型结构，初步对各个回转关节的结构和驱动方案单独分析。
2.2.
3.1腰关节传动方案
方案一：如图2-3 所示，电机安装在底座上面，其输出轴经过二级圆柱齿轮减速后，由第一关节输出轴带动整个腰部在基座上回转。
方案二：如图2-4 所示，电机安装在底座上面，其输出轴先经谐波减速器减速后，再经过圆柱齿轮减速，带动第一关节输出轴，使整个腰部在基座上回转。
两种方案在传动实现上，都是可行的。方案一全部用齿轮来达到减速的目的，传动结构略复杂一点，造成腰部的转动惯量大，机构尺寸大，影响机器人的响应性。方案二采用了减速比大、体积小、重量轻、精度高、回差小、承载力大、噪音小、效率高、定位安装方便的杯型谐波减速器，再经过一对直齿圆柱齿轮来达到传动要求，结构紧凑。所以，方案二的结构紧凑性优于方案一，而且结构简单，适用于计算机控制。故综合考虑，选择方案二。
图2-3 腰关节回转方案一示意图图2-4 腰关节回转方案二示意图
2.2.
3.2大小臂关节传动方案
方案一：如图2-5所示，大臂和小臂转动都是先通过谐波减速器减速，再经过锥齿轮换向带动来实现的。
方案二：如图2-6 所示，大臂和小臂的转动都是通过谐波减速器减速后直接带动来实现的。两个关节的电机和减速器均布置在同一轴线上。
两种方案在传动实现上，都是不错的。方案二的结构设计简单一些，可以减轻臂部的重量，但整体的尺寸相对方案一加大了。方案一的结构较方案二复杂，但布局较方案二更合理。结合本课题的实际条件，选择方案二。
图2-5 大臂和小臂转动方案一示意图图2-6 大臂和小臂转动方案二示意图
2.2.
3.3腕关节传动方案
手腕关节的传动如图2-7所示，三个关节的转动都是通过谐波减速器，再经过齿轮的减速或者改变方向来实现的。这样设计的腕部结构紧凑而且刚性较大，关节活动范围大。
图2-7 腕关节传动示意图
2.3机器人的基本参数确定
2.3.1工作空间的确定
根据关节型机器人的结构确定工作空间。工作空间是指机器人正常工作运行时，手腕参考点能在空间活动的最大范围，是机器人的主要技术参数。此机器人的工作空间1800mm。
如下图2-8：
图2-8 机器人的工作空间简图
2.3.2机器人的工作要求
该机器人的特点是工作范围大，动作灵活，通用性强，结构较紧凑，能抓取靠近机座的物体。根据其用途和特点提出如下技术参数：
自由度数目：6 个
坐标形式：垂直关节型
额定负载质量：5Kg
最大活动半径：1800mm
本体重量：≤120Kg
各关节回转范围和最大工作转速见下表2-2。
表2-2 各关节转动范围和最大工作转速
各关节部件最大工作范围（°）最大工作转速（rad/s）
腰部回转关节±170° 1.96
大臂转动关节+150°、-90° 1.57
小臂转动关节±170° 1.57
小臂转动关节±360° 3.93
腕部摆动关节±120° 2.94
工具滚动关节±360° 3.93
3 机器人主要零部件的设计、计算
3.1 腰关节传动系统的设计
腰关节的传动是由电机通过谐波减速器减速，再通过齿轮传动带动腰部及整个机器人
本体转动。总的传动比i =160,其中801=i ，22=i 。
3.1.1腰关节驱动电机的选择
初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-130、额定功率P=1.5kW 、额定转矩
m N T N ?=5.7、额定转速N n =3000r/min 、峰值转矩m ax T =60m N ?。
谐波减速器选择：型号为XB-100、输出转矩T=200n ?m 、2i =80、输出转速n=37.5r/min. 机器人的受力情况如图3-1所示：
图3-1 机器人的受力简图 腰关节的负载转动惯量J （以下所计算的转动惯量均为折算到电机轴上的转动惯量）
J =1J +谐J +小J +大J +3J +4J (3-1)
外部负载的转动惯量:1J 即大小臂、手腕、夹持重物的转动惯量
2212
3322221
11i
r m r m r m J ???+?+?=ηη (3-2) 式中1η、2η分别表示谐波减速器和齿轮传动的效率。1η=0.8、2η=0.98
把数字代入公式(3-2)得:
22
22116098.08.08.1101.1106.020???+?+?=J =0.002576㎏2m ?
内部结构及传动系统的转动惯量
谐波减速器的转动惯量:谐J =0.000546㎏·㎡（查文献[14]）
小齿轮的转动惯量:2112115.0i r m J ??=η小=2114115.0i r b ?ηρπ (3-3) =2
4
808.0075.0036.014.379005.0?????=0.0000028㎏·㎡ 式中：1m ：小齿轮质量（㎏），r ：小齿轮分度圆半径（m ），ρ：密度(㎏/3m )，1b ：小齿轮宽度(m)。
大齿轮的转动惯量:2212225.0i r m J ???=ηη大=2214
225.0i r b ???ηηρπ =24
160
98.08.015.0032.014.379005.0??????=0.00001㎏·㎡ 立柱的转动惯量：221222132)(i r r m J ηη+==2212
22122212))((i
r r r r h ηηπρ+- (3-4) =2222216098.08.02)0425.005.0)(0425.005.0(14.3104.02700???+-?? =0.000000065㎏·㎡
式中：m ：立柱质量（㎏），1r ：立柱外半径（m ），2r ：立柱内半径（m ），ρ：密度(㎏/3m )，
h ：立柱高度（m ）
。 大臂关节传动系统的转动惯量：估算得4J =0.000035㎏·㎡
∴ 由公式（3-1）得J =0.0032㎏·㎡
假设电机从0加速到3000 r/min 所用的时间为0.25s ，则角加速度 25
.060300014.32602???===t n t N πω
α=12562/s rad (3-5) ∴负载折算到电机轴上的转矩α?+=)(0J J T (3-6)
=(0.00082+0.0032)×1256=5.05m N ?
因此折算到电机轴上的负载转矩T =5.05m N ?＜电机的额定转矩m N T N ?=5.7。电机的选择符合要求。
3.1.2腰关节传动齿轮的设计、计算
(1) 使用条件分析
主动轮转速:1n =37.5r/min （谐波减速器的输出转速）
齿数比 u=2
由于谐波减速器输出的转矩1T 为200000mm N ?,所以主动轮的转矩也为
200000mm N ?。
（2）设计任务
确定一种能满足功能要求和设计约束的较好的设计方案，包括：一组基本参数：m 、
1z 、2z 、1x 、2x 、d φ，主要几何尺寸：1d 、2d 、a 等。
1）选择齿轮材料、热处理方式及计算许用应力
① 按使用条件选用软齿面齿轮。小齿轮：45号钢，调质处理，硬度为230-255HBS ；
大齿轮：45号钢，正火处理，硬度为190-217HBS 。
② 确定许用应力
a.确定极限应力lim H σ和lim P σ
齿面硬度:小齿轮按230HBS ，大齿轮按190 HBS 。查文献[1]得1lim H σ=580MPa,
2lim H σ=550 MPa; 查文献[1]得1lim P σ=220 MPa, 2lim P σ=210 MPa 。
b.计算应力循环次数N ，确定寿命系数N Z 、N Y
1N =60a 1n t=60×1×37.5×(10×300×16)=1.08×810 (3-7)
2N =u
N 1=21008.18
?=0.54×810 (3-8) 查文献[1]得1N Z =2N Z =1；1N Y =2N Y =1。
c.计算许用应力
查文献[1]取min H S =1，min F S =1.4。
1HP σ=
min 11lim H N H S Z σ=11580? MPa=580 MPa (3-9)
2HP σ=min 2
2lim H N H S Z σ=1
1550? MPa=550 MPa 1FP σ=
min 11lim F N ST F S Y Y σ=4
.112220?? MPa=314.28 MPa (3-10) 2FP σ=min 2
2lim F N ST F S Y Y σ=4
.112210?? MPa=300 MPa ③ 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸
a.选择齿轮类型
根据齿轮传动的工作条件，选用直齿圆柱齿轮。
b.选择齿轮精度等级
初步选用6级精度。
c.初选参数
初选：1z =100、2z =200、1x =2x =0、d φ=0.2
d.初步计算齿轮的主要尺寸
由于选用软齿面齿轮方案，其齿面强度相对较弱些，故按接触强度设计较合理，即按
下式(文献[1])设计。
1d =3212)1(2)(u
u KT Z Z Z d HP E H φσε+ （3-11） 所以需要先确定系数：K 、H Z 、E Z 、εZ 。
取A K =1、v K =1.05、βK =1.13、αK =1.2，则K=A K v K βK αK =1.424。
查文献[1]得H Z =2.45、E Z =189.8MPa 、εZ =0.8。代入公式（3-11）得：
1d =33232
122.020*******.12)5508.08.18945.2(+???? =125.03mm
m =11z d =100
03.125=1.250mm 。取标准模数m =1.5mm 。 ∴ 1d =m 1z =1.5×100=150mm 、2d =m 2z =1.5×200=300mm
a=0.5m (1z +2z ) =0.5×1.5(100+200)=225
b=d φ1d =0.2×150=30mm,取2b =32mm,1b =2b +(5～10)=32+6=38mm
e.验算齿轮弯曲强度条件
按弯曲强度条件及下式验算：
F σ=εY Y Y m
bd KT Sa Fa 112＜FP σ （3-12） 查文献[1]得1Fa Y =2.21，2Fa Y =2.18，1Sa Y =1.78，2Sa Y =1.85，取εY =0.7。
计算弯曲应力：
1F σ=7.078.121.25
.115038200000424.12???????=183.45 MPa ＜1FP σ 2F σ=1F σ1122Sa Fa Sa Fa Y Y Y Y =183.45×78
.121.285.118.2??=188.07 MPa ＜2FP σ
计算结果表明该设计满足强度要求。
3.1.3腰关节立柱轴承的校核
根据腰关节的传动情况得知轴承的转速n =18.75 r/min,立柱与轴承的受力情况如图3-2
所示：
图3-2 腰关节立柱与轴承的受力简图
（1）轴的受力分析：
立柱传递的最大转矩：
T =400000mm N ?（由谐波减速器输出的转矩决定）
大齿轮的圆周力：
t F =
22d T （3-13） =
300
4000002?=2666.7 N 大齿轮的径向力：
r F =t F n αtan ? （3-14）
=2666.7?20tan °=970.6 N
（2） 轴承的校核：
根据工况，选择轴承的型号为61820。 预期轴承的寿命h
L '=50000 h 。查文献[14]得： r C =20100 N r C 0=22000 N
由文献[1]查得：p f =1.0 （轴承所受载荷平稳）
通过计算轴承I 所承受的径向力1r F =1388 N ，轴承II 所承受的径向力2r F =417.4 N 。轴承
承受的轴向力主要是机器人大小臂及外部载荷的重力，假设总的质量W 为70kg,则轴向力：
a F =1a F =2a F =70?9.8=686 N
1）计算当量动载荷：
轴承I ： 01C F a =22000
686=0.03118 （由文献[1]得） 查文献[1]，用线性插值法求得：1e =0.2245。
11r a F F =1388
686=0.497＞1e 由1e 查文献[1]，并用线性插值法求得：1X =0.56，1Y =1.96。由此可得：
1P =p f （1X 1r F +1Y 1a F ）=1.0（0.56?1388+1.96?686）=2120.8 N
轴承II ： 02C F a =2200
686=0.03118 查文献[1]，用线性插值法求得：2e =0.2245。
22r a F F =4
.417686=1.64＞2e 由2e 查文献[1]，并用线性插值法求得：2X =0.56，2Y =1.96。由此可得：
2P =p f （2X 2r F +2Y 2a F ）=1.0（0.56?417.4+1.96?686）=1577.3 N
2）轴承寿命h L 计算：
因1P ＞2P ，故按轴承I 计算轴承的寿命 ：
h L =ε)(60106P
C n （3-15） =36)8
.212020100(75.186010?=756722 h ＞ h L '=50000 h 所选轴承61820合格。
式中ε为寿命指数，对于球轴承ε=3；对于滚子轴承ε=10/3。
3.2 大臂关节传动系统的设计
大臂关节的传动是由电动机通过谐波减速器直接带动大臂转动。总的传动比i =100。
3.2.1大臂关节驱动电机的选择
初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-176、额定功率P=2.4kW 、额定转矩m N T N ?=16、额定转速N n =1500r/min 、峰值转矩m ax T =128m N ?。
谐波减速器选择：型号为XB-120、输出转矩T=560m N ?、i =100、
输出转速n=15r/min 。 折算到电机轴上的负载静转矩l T ：见图3-1
l T =
i gr m gr m gr m ?++η332211 （3-16） =100
8.08.18.9101.18.9106.08.920???+??+?? =5.0225m n ?
折算到电机轴上的负载加速转矩αT ：
αT =α?++)(021J J J （3-17）
由公式（3-2）得1J =22
33222211i
r m r m r m ?++η =22
221008.08.1101.1106.020??+?+? =0.00646㎏2m ?
2J 为谐波减速器的转动惯量：2J =0.0018㎏2m ?
0J 为电机电枢的转动惯量：0J =0.0012㎏2m ?
假设电机从0加速到1500 r/min 所用的时间为0.25s ，则角加速度 25
.060150014.32602???===t n t N πωα=6282/s rad αT =（0.00646+0.0018+0.0012）×628 =5.9425m N ?
∴折算到电机轴上的总的转矩T =l T +αT =5.0225+5.9425=10.965m N ?＜电机额定转矩m N T N ?=16。电机的选择符合要求。
3.2.2大臂关节谐波减速器的计算
初选谐波减速器：谐波减速器选择型号为XB-120、输出转矩T=560m N ?、i=100、输出转速n=15r/min 。
负载静转矩l T =332211gr m gr m gr m ++
=20×9.8×0.6+10×9.8×1.1+10×9.8×1.8=401.8m N ?
负载转动惯量l J =2
33222211r m r m r m ++=20×26.0+10×21.1+10×28.1=51.7m N ?
假设大臂关节从0加速到90°所用的时间为0.6s ，则角加速度
6
.018014.39018090??===t t πω
α=2.622/s rad 负载加速转矩αT =α?l J =51.7×2.62=135.45m n ?
∴总的负载转矩T=l T +αT =401.8+135.45=537.25m N ?＜谐波减速器的输出转矩T=560m N ?。所以谐波减速器的选择符合要求。
3.3小臂关节传动系统的设计
小臂关节的传动是由电动机通过谐波减速器直接带动大臂转动。总的传动比i =100。
3.3.1小臂关节驱动电机的选择
初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-176、额定功率P=2.4kW 、额定转矩m N T N ?=16、额定转速N n =1500r/min 、峰值转矩m ax T =128m N ?。
谐波减速器选择：型号为XB-120、输出转矩T=560m N ?、i =100、
输出转速n=15r/min 。 折算到电机轴上的负载静转矩l T ：见图3-1
l T =i gr m gr m ?+η3322=100
8.08.18.9101.18.910???+??=3.55m N ? 折算到电机轴上的负载加速转矩αT ：
αT =α?++)(021J J J
1J =22
33222i
r m r m ?+η=22
21008.08.1101.110??+?=0.00556㎏2m ? 2J 为谐波减速器的转动惯量：2J =0.00055㎏2m ?
0J 为奠机电枢的转动惯量：0J =0.0012㎏2m ? 假设电机从0加速到1500 r/min 所用的时间为0.25s ，则角加速度 25
.060150014.32602???===t n t N πωα=6282/s rad ∴ αT =（0.00556+0.0018+0.0012）×628 =5.3757m N ?
所以折算到电机轴上的总的转矩T =l T +αT =3.55+5.3757=8.9257m N ?＜电机额定转矩m N T N ?=16。电机的选择符合要求。
3.3.2小臂关节谐波减速器的计算
初选谐波减速器：谐波减速器选择型号为XB-120、输出转矩T=560m N ?、i =100、输出转速n=15r/min 。
负载静转矩l T =3322gr m gr m +
=10×9.8×1.1+10×9.8×1.8=284.2m N ?
负载转动惯量l J =2
33222r m r m +=10×21.1+10×28.1=44.5m N ?
假设小臂关节从0加速到90°所用的时间为0.6s ，则角加速度
6
.018014.39018090??===t t πωα=2.622/s rad 负载加速转矩αT =α?l J =44.5×2.62=116.59m N ?
∴总的负载转矩T=l T +αT =284.2+116.59=400.79m N ?＜谐波减速器的输出转矩T=560m N ?。所以谐波减速器的选择符合要求。 3.4手腕关节传动系统的设计、计算
3.4.1手腕转动关节的设计、计算
手腕转动关节的传动是由电动机通过谐波减速器，再通过齿轮来实现传动要求。总的传动比i =80，其中1,8021==i i 。
3.4.1.1手腕转动关节驱动电机的选择
初选电机：选择直流伺服电机，型号为SYX-70、额定功率P=0.1kW 、额定转矩m N T N ?=33.0、额定转速N n =3000r/min 、峰值转矩m ax T =2.4m N ?。
谐波减速器选择：型号为XB-40、输出转矩T=16m N ?、1i =80、输出转速n=37.5r/min 。
设法兰及重物的最大回转半径r=150mm 。
折算到电机轴上的腕部负载静转矩l T ：
l T =
i r g m ???213ηη=80
98.08.015.08.910????=0.234m N ? 折算到电机轴上的转动惯量1J
1J =22123i
r m ??ηη=22
8098.08.015.010???=0.000045㎏2m ? 其它传动系统的转动惯量相对于腕部负载的转动惯量很小，所以忽略不计。
假设电机从0加速到3000 r/min 所用的时间为0.25s ，则角加速度
智能四足机器人结构设计 摘要 对于我们的未来生活，每个人有不同的构想，但大多数人都相信，在将来的社会，机器人将作为家庭的一员进入我们的生活，与我们每天朝夕相处。可现在普遍存在人们心中的疑问是：将来机器人将以何种身份进入我们的生活，是玩伴还是佣人，智能步行机器人的设计就是为了将来机器人能进入我们中国人的家庭生活，为我们的家庭生活带来欢乐。 本设计采用关节型结构，成功地设计了智能步行机器人的本体结构。本机器人具有前后行、平地侧行等基本行走功能。另外机器人头部还装有CD摄影机，胸腔内部可装备内置电源和智能设备。本设计参考了狗的结构组成，使得机器人结构尽量与狗的本体结构相似，尤其在长度配比方面。本设计的结构比较复杂，关节数目众多，为了力求优化设计，设计者兼顾了关键部件的互换性和结构紧凑的原则。所有的关节都用了2036型的直流伺服电机作为驱动源，充分利用伺服电机的特性。伺服电机的驱动都采用了谐波减速器机构，该减速方案减速比大、效率高，是比较理想的减速方案。 关键词：智能四足机器人；结构设计；谐波传动
Intelligent Four-Foot Robot Frame Design Abstract For our future life，everyone had different ideas，but most people believe that，in future society，the robot as a family into our lives，and we can now daily overnight with the common people's hearts Question is: what will be the future status of robot into our lives，playmates or servants，the design of intelligent walking robot is to the future robot can enter our Chinese people's family lives，for our happy family life. The design of a joint structure，the successful design of intelligent walking robot，the body structure. The robot has before and after the trip，the ground adjacent to the basic operating functions. Another robot is also equipped with CD camera head，chest internal equipment can be built-in power supply，and intelligent. The reference design of the structure of the robot，making the structure as the robot dog，the dog's body similar to the structure，particularly in the area ratio of length. The design of the structure is more complicated，the large number of joints，in an effort to optimize the design，designers take into account the interchangeability of key components of the compact structure and principles. All joints are composed of a 2036-type of DC servo motor as a driver and make full use of servo motor characteristics. Servo motor drives are used harmonic reducer，the slowdown in the programme reduction ratio，high efficiency，The ideal slowdown is a good programme. Keywords：intelligent four-foot robot ; structural design; harmonic drive
机器人系统在涂装生产线上的应用 喷漆室主要设备工艺 1、流程 涂装三车间中涂、面漆线设备采用中涂一条线，输送链速为8.2m/min。面漆两条线，输送链速为4.4m/min。中涂线由输送工艺链入口EMS车型识别/MDIP操作台、电离站、油漆管路LED显示器和PR站（8台机器人）组成；面漆Ⅰ/Ⅱ线由输送工艺链入口EMS车型识别/MDIP操作台、电离站、油漆管路LED显示器、BC1站（4台机器人）、BC2站（4台机器人）和CC站（4台机器人）组成。 2、EMS车型识别系统 车型识别包括光栅识别、条形码识别、超声波识别和EMS识别等方式。每种识别都有各自的优缺点，车间机械化输送系统采用的是EMS自动识别车型系统。通过PVC细密封定色点用扫描枪对车身VIN码进行扫描，此处EMS读写站具有读写功能，可以将扫描的车身VIN码信息数据存储到滑橇上的载码体内，同时PLC将车身信息存储到中央控制室数据库中。当滑橇运送车身在进入中涂线、面漆Ⅰ/Ⅱ线喷房入口时，喷房入口均设有一个EMS读写站，通过EMS读写站将滑橇上载码体车身信息传输到机器人站MDIP操作台车型颜色显示屏，如果载码体中没有存储车身信息或者车身信息错误时，需要人员核对随车卡和车身VIN码信息，并在MDIP操作台修改为正确的车身信息数据。 电离站和机器人喷涂站 1、电离站 机器人电离站有5个杆，两侧各设一个垂直杆和一个倾斜的杆，根据设计最大通过车型车身尺寸固定安装，顶杆具有自由编程的能力，即顶杆可以根据车身的高度不同自动调整，每个杆上都设有离子风嘴。电离站立柜包括驱动装置、运动装置和垂直提升运动的导轨（Z 轴）。该站的作用是用于喷漆设备在喷涂油漆车身前吹扫车身上的颗粒和灰尘，并消除车身上的静电荷。 2、机器人喷涂站 机器人喷涂站配备有一个PU操作台、EcoPSMP（电源）柜、EcoSCMP（工作站控制）柜、SBI/SBO安全盒及KetopC100便携式编程器。对应每台机器人配备一个EcoRCMP（过程与运动）柜和MVS气动控制柜及外部通风部件。 （1）PU操作台分为控制台与监控电脑。控制台主要为了设备人员对机器人设备之间进行日常操作、维护和控制。监控电脑通过上层网络与PLC连接，监控电脑安装有INTOUCH 软件。通过软件的人机界面，工作人员可以实时监控机器人状态及相关的一些报警、生产日
DURR机器人系统在涂装生产线上的应用 更多应用：E讯网 奇瑞汽车股份有限公司涂装三车间喷涂生产线从德国杜尔公司引进了EcoRP6F140型喷涂机器人取代人工喷车身外表面，将操作人员从恶劣、繁重、重复和单一的工作环境中解放出来。同时，通过喷涂机器人生产线的应用与推广，奇瑞汽车提高了涂装生产效率、油漆的利用率及油漆车身的涂膜质量。 1、流程 涂装三车间中涂、面漆线设备采用中涂一条线，输送链速为8.2m/min。面漆两条线，输送链速为4.4m/min。中涂线由输送工艺链入口EMS车型识别/MDIP操作台、电离站、油漆管路LED显示器和PR站（8台机器人）组成；面漆Ⅰ/Ⅱ线由输送工艺链入口EMS车型识别/MDIP操作台、电离站、油漆管路LED显示器、BC1站（4台机器人）、BC2站（4台机器人）和CC站（4台机器人）组成。 2、EMS车型识别系统 车型识别包括光栅识别、条形码识别、超声波识别和EMS识别等方式。每种识别都有各自的优缺点，车间机械化输送系统采用的是EMS自动识别车型系统。通过PVC细密封定色点用扫描枪对车身VIN码进行扫描，此处EMS读写站具有读写功能，可以将扫描的车身VIN码信息数据存储到滑橇上的载码体内，同时PLC将车身信息存储到中央控制室数据库中。当滑橇运送车身在进入中涂线、面漆Ⅰ/Ⅱ线喷房入口时，喷房入口均设有一个EMS读写站，通过EMS读写站将滑橇上载码体车身信息传输到机器人站MDIP操作台车型颜色显示屏，如果载码体中没有存储车身信息或者车身信息错误时，需要人员核对随车卡和车身VIN码信息，并在MDIP操作台修改为正确的车身信息数据。 电离站和机器人喷涂站 1、电离站 机器人电离站有5个杆，两侧各设一个垂直杆和一个倾斜的杆，根据设计最大通过车型车身尺寸固定安装，顶杆具有自由编程的能力，即顶杆可以根据车身的高度不同自动调整，每个杆上都设有离子风嘴。电离站立柜包括驱动装置、运动装置和垂直提升运动的导轨（Z轴）。该站的作用是用于喷漆设备在喷涂油漆车身前吹扫车身上的颗粒和灰尘，并消除车身上的静电荷。 2、机器人喷涂站 机器人喷涂站配备有一个PU操作台、EcoPSMP（电源）柜、EcoSCMP（工作站控制）柜、SBI/SBO安全盒及KetopC100便携式编程器。对应每台机器人配备一个EcoRCMP （过程与运动）柜和MVS气动控制柜及外部通风部件。
机器人自动喷涂设计方案 1、设计思想 金属喷涂设备采用机器人自动喷涂，利用电动转台运输工件及辅助机器人喷涂。 2、设计思想概述 2 .1金属喷涂设备的组成 设备由火焰喷涂设备、机械手（瑞士ABB）、电动转台，及管路组成。 2.1.1、火焰喷涂设备的组成及相关技术数据 火焰喷涂设备的组成： 由丝材火焰喷枪与24V电动输送系统组成
5、工作原理： 火焰喷涂设备的气体金属线材喷枪是采用氧-乙炔气为热源，电马达为动力，将单根金属丝不断地送入高温火焰区熔化后雾化，喷向经过预处理的工件表面，形成涂层的一种专用设备。本设备具有送丝精确，稳定，用气量少。涂层质量优良，特别适合喷涂高熔点的金属丝材和机械零部件的修复工作。 3、机械手自动喷涂系统 采用瑞士（ABB）进口机器人， IRB 4600的精度为同类产品之最，其操作速度更快，废品率更低，在扩大产能、提升效率方面，将起到举足轻重的作用，尤其适合弧焊、喷涂等工艺应用。其高精度由专利的TrueMoveTM运动控制软件实现。 IRB4600采用优化设计，机身紧凑轻巧，节拍时间与行业 标准相比可缩减多达25%。专利的QuickMoveTM运动控制 软件使其加速度达到同类最高，并实现速度最大化，从而
提高产能与效率。 IRB 4600工作范围超大，安装方式灵活，可轻松直达目标 设备，不会干扰辅助设备。优化机器人安装，是提升生产 效率的有效手段。模拟工艺布局时，灵活的安装方式 更能带来极大的便利。 ABB工业机器人防护计划之周全居业内领先水平。IRB4600标准型达到IP67防护等级，该机型机身紧凑，荷重能力强，设计优化，适合弧焊、物料搬运、喷涂、上下料等目标应用。可灵活选择落地、壁挂、支架、斜置、倒置等安装方式。该产品灵敏可靠，故障率低等优点，根据不同需要的喷涂产品，选择预先设定好的程序，在人机界面上选择需要的程序，机器人自动完成喷涂的整个流程。 机器人固定在金属喷涂房室内，臂展2410mm，采用专用夹具固定火焰喷枪结构。机器人＋专有喷涂软件构成，达到更好的喷涂效果。 电动转台采用变频器控制，匀速转动，把待喷工件按固定位置放在旋转转台上面，启动火焰喷枪装置，机器人就位，此时，电动转台匀速转动，机器人按照预先设定程序运行，完成整套喷涂过程。 火焰喷涂系统采用电动送丝装置，火焰喷枪安装在机器人喷涂臂上，喷枪上部安装自动点火装置。供气系统装置布置在室外，供气管路采用无缝钢管供气，管路安装防回火装置与调压阀。氧气存放区放置在车间内部、乙炔存放区放置在车间外部，存放区制作防倒装置，
1绪论 1.1工业机器人概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全
生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统
浙江大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书
“四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目
标物体，当它发现目标出现在它的感应范围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之内，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物有可能正好被障碍物遮住，此时我们会设计相应的程序告诉机器人现在先向右行走一定的距离再进行扫描。又由于尽管已经扫描到了目标物，当机器人走向
工业机器人自动喷涂生产线参数设计工业机器人自动喷涂生产线参数设计 1.喷涂机器人的简介 喷涂机器人主要是集成了喷涂工艺系统和防爆系统的工业机器人，可以根据不同的工件采用不同的程序对工件的表面进行油漆的喷涂，机器人的程序可以由人工根据工件的形状预先示教(编写好程序)而成，也可以由专业的模拟软件根据工件的模型先在电脑中运用专业的模拟软件(如robot-studio)进行模拟然后再将模拟的程序从电脑导至机器人控制器，从而可以节省大量的现场调试时间和新产品开发周期。根据国内外多家客户使用证明，喷涂机器人在机车诸多应用中不仅可以大大提高生产效率，改善员工的工作环境，并且可以节省大量的运营成本，提高工件品质。针对机车表面颜色多变的要求，机器人还可以配置换色阀，可以对油漆进行快速的切换，节省换漆时对管路和喷枪的清洗时间。 2.机器人喷涂的优势 1)降低运营成本，减少原料的浪费，提高成品率 喷涂机器人集成了喷涂工艺系统(IPS)，可以提高油漆喷漆的上漆率，提高油漆的利用率。机器人喷涂可以根据工件的宽度调节不同的喷幅，比如在喷涂车厢大面积平喷涂可以采用200MM的扇幅，而在喷涂例如一些边缝时，则可以采用小的扇幅，如50MM。并且在喷涂过程中，可以自由的开关枪，不需要改变机器人的喷涂程序，可以节省油漆的消耗量，并且极其方便。 由于机器人喷涂的高精度，如ABB IRB5400和IRB5500的重复精度达到 0.15MM，因此机器人喷涂的膜厚的精度可以达到正负3UM。相比人工的喷涂，既可以提高机车表面的成膜质量与一致性，提高成品率，减少修补工作量，又可以节省油漆。
特别是在要求严格的场合，油漆的流量可以实现闭环控制，即机器人在喷漆的过程中会根据流量计自动检测当前流量并且与设定流量进行对比，根据信号的反馈值自动调节流量阀的开度，以达到精确控制流量的目的。 双组份油漆可以采用预混(即油漆和固化剂预先配好)，也可以采用喷枪前混合。采用喷枪前混合可以减少油漆的浪费，因为当油漆和固化剂配好之后，如果有任何问题暂时停喷涂时，油漆会固化，而油漆和固化剂在喷枪前混合则可以避免这种情况发生。 人工喷涂时，操作人员站在三维工作小车上工作，当操作人员喷完一处工件时，三维小车移动将操作人员带至下一处需要喷涂处，由于此时漆膜未干，小车移动时容易产生灰尘，而导致机车表面漆膜的颗粒。而机器人喷涂则可以避免这个问题。由于机器人导轨位于喷漆室的边上，因此不会产生灰尘污染工件，机器人本体采用无尘型的设计，不会污染工件表面的漆膜。 2)增强生产柔性 柔性生产是针对大规模生产的弊端而提出的新型生产模式。即生产系统能对市场需求变化作出快速的适应。如当需要生产一款新的车型时，可以在设计阶段就采用电脑模拟，得出相应的参数，为生产做好准备，可以节省新产品的交货时间。此外，可以将若干车型的喷涂程序预先编辑好，在以后的生产中，针对某一种车型可以采用某一个程序，减少生产过程不必要的过渡时间。 满足安全法规，改善健康安全条件，减少工人职业病的发生 机器人的应用，大大减少了工人在喷漆室喷枪用润滑油 喷枪清洁组刚刷 2)喷枪座 3)喷枪过滤器 4)喷枪保养零件组
六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人？机器人能实现哪些功能？活动空间（有效工作范围）有多大？了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。
六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了？从业人员还不能成群体？虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢？工作范围又怎样去确定？动作怎样去编排呢？位姿怎样去控制呢？各部位的关节又是有怎么样的要求呢？等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。 焊枪在焊接过程中要进行各种焊接姿态调整，那么机械手腕就要很灵活，在各个方位角度上都可调节。
喷涂机器人设计
摘要 由于目前使用的油漆大多含有苯，笨是一种极易挥发，并且能致癌的化学物质。在没有任何防护的情况下进行喷漆作业对工人的危害极大的，因此各种各样的喷漆机器人应运而生。 本文设计了一种关节式喷漆机器人，具有六个自由度，其中手腕关节具有三个自由度，其它的关节各具有一个自由度，各个关节采用液压驱动。 本文设计的喷漆机器人采用了类似于铰链四杆机构的结构形式。驱动小臂运动的电机安装在腰部回转盘的上面，通过带动铰链四杆机构间接驱动小臂实现俯仰运动，这样避免了把液压缸直接安装在大臂和小臂的连接处，从而减小了小臂自身的重量，同时减小了驱动大臂和腰关节的液压缸所需要的功率与力矩，这种铰链四杆机构还使小臂实现自身的重力平衡从而减小了静力矩。喷漆机器人的主体采用了铝合金材料，减轻了自身的重量。喷漆机器人的整体动态性能也因此提高。 关键词：喷漆机器人；关节式；结构设计仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢50
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Abstract Nowadays most paint contains benzene．The benzene is very volatile，toxic and carcinogenic．It does harm to the workers heavily when the protection is absent．So different kinds of painting robots appeared and developed greatly． A joint type painting robot was designed in this paper．It had six degrees of freedom．The wrist had three degrees of freedom and the other joints had three degrees of freedom．The painting robot’s joints were driven by hydraulic pressure ． Parallelogram structure was used in the robot．The hydraulic cylinder which was installed on the waist turning table droved the forearm indirectly through the parallelogram structure．The structure avoided installing the hydraulic cylinder directly on the joint to reduce the forearm’s weight．So the burden of the hydraulic cylinder which drive the upper arm and the waist were reduced．Also this structure made the forearm realize balance itself and reduce the static torque．Aluminum alloy was used greatly in the robot，so the weight of the robot was reduced．Also the dynamic performance was improved． Keywords：painting robot；joint；structure design 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢50
附件 B： 毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义 1.1课题研究背景目前，机器人的移动主要是轮式、履带式、步行、爬行、蠕动等。然而，地球上大多数的地面都是崎岖的，不能为传统的轮式或履带式到达，而自然界的很多动物却可以在这些地面行走自如、跨越障碍。它们经历了自然界数百万年间的选择，已经进化出适应各种环境的生理特征，给了研究人员很大的启发。步行是大多哺乳动物的移动方式，对环境有很强的适应性，可以灵活的进入相对狭小的空间，可以自由跨越障碍、上下台阶等等。以此，研究步行机器人有着较强的实际意义。现在的步行机器人的足数分别为单足、二足、四足、六足等等。足的数目多时，机器人比较适合重载和慢速运动；二足或者四足机构的机构相对简单，更加灵活。与二足相比，四足机器人的承载能力强、稳定性能更好，在抢险救灾、探险、娱乐及军事等多个领域有很好的应用前景，其研究工作也备受重视[1]。 2005 年，Boston Dynamics 公司首次公开了其历经十余载研究而成的仿生四足机器人Big Dog[2]，在互联网上引起了全球公众的热议。Big Dog 灵活的机动性、强大的抗干扰能力以及优异的环境适应能力成为当今各国四足机器人研究的典型代表。尽管如此，从生物进化的角度来说，四足动物的体型结构和运动方式产生了以载重-适应性和高速-灵活性两大功能异化的分支[3]。Big Dog 则是环境适应能力和运动稳定性方面世界最高水平，然而，对高速运动方面的四足机器人却鲜见研究。高速运动的哺乳动物（尤其是猎豹）以独特的骨骼结构、步态特征、高效的能量转化效率成了仿生四足机器人高速灵活性研究的新方向。在DARPA 的M3 计划支持下4，Boston Dynamics 公司和MIT 仿生机器人实验室均进行了仿猎豹式机器人的研究，并推出了两款样机。尤其Boston Dynamics 公司的机器人还一举打破了足式机器人奔跑的纪录，达46km/h，使仿猎豹机器人成为新的研究热点。 1.2四足机器人研究现状 1.2.1国外研究现状 早在1899 年，Muybridge 最早借助影像设备，进行了有关家猫、狗、骆驼和马等动物的高速运动研究。然而之后的一个世纪人们对四足机器人的研究都仅仅停留在静稳定步态行走的水平上。从早期的GE 四足电控步行车[5]（图1.1）到具有脊柱环节的BISAM 机器人[6]（图1.2），这些机器人在任
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，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程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
喷涂机器人项目规划设计方案 投资分析/实施方案
报告说明— 该喷涂机器人项目计划总投资3688.91万元，其中：固定资产投资2879.05万元，占项目总投资的78.05%；流动资金809.86万元，占项目总投资的21.95%。 达产年营业收入7696.00万元，总成本费用5939.17万元，税金及附加68.99万元，利润总额1756.83万元，利税总额2068.14万元，税后净利润1317.62万元，达产年纳税总额750.52万元；达产年投资利润率47.62%，投资利税率56.06%，投资回报率35.72%，全部投资回收期4.30年，提供就业职位122个。 喷涂机器人是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。
第一章项目基本情况 一、项目概况 （一）项目名称及背景 喷涂机器人项目 （二）项目选址 某经济园区 项目建设区域以城市总体规划为依据，布局相对独立，便于集中开展科研、生产经营和管理活动，并且统筹考虑用地与城市发展的关系，与项目建设地的建成区有较方便的联系。 （三）项目用地规模 项目总用地面积9978.32平方米（折合约14.96亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数60.32%，建筑容积率1.07，建设区域绿化覆盖率7.28%，固定资产投资强度192.45万元/亩。 （五）土建工程指标
项目净用地面积9978.32平方米，建筑物基底占地面积6018.92平方米，总建筑面积10676.80平方米，其中：规划建设主体工程7576.52平方米，项目规划绿化面积776.85平方米。 （六）设备选型方案 项目计划购置设备共计100台（套），设备购置费1292.86万元。 （七）节能分析 1、项目年用电量1011135.28千瓦时，折合124.27吨标准煤。 2、项目年总用水量4194.49立方米，折合0.36吨标准煤。 3、“喷涂机器人项目投资建设项目”，年用电量1011135.28千瓦时，年总用水量4194.49立方米，项目年综合总耗能量（当量值）124.63吨标 准煤/年。达产年综合节能量39.36吨标准煤/年，项目总节能率23.14%， 能源利用效果良好。 （八）环境保护 项目符合某经济园区发展规划，符合某经济园区产业结构调整规划和 国家的产业发展政策；对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明 显的影响。 （九）项目总投资及资金构成 项目预计总投资3688.91万元，其中：固定资产投资2879.05万元， 占项目总投资的78.05%；流动资金809.86万元，占项目总投资的21.95%。
大学“海特杯”第十届大学生机械设计竞赛“四足机器人”设计方案书
“四足机器人”设计理论方案 自从人类发明机器人以来，各种各样的机器人日渐走入我们的生活。仿照生物的各种功能而发明的各种机器人越来越多。作为移动机器平台，步行机器人与轮式机器人相比较最大的优点就是步行机器人对行走路面的要求很低，它可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面，用于工程探险勘测或军事侦察等人类无法完成的或危险的工作；也可开发成娱乐机器人玩具或家用服务机器人。四足机器人在整个步行机器中占有很大大比重，因此对仿生四足步行机器人的研究具有很重要的意义。 所以，我们在选择设计题目时，我们选择了“四足机器人”，作为我们这次比赛的参赛作品。 一.装置的原理方案构思和拟定： 随着社会的发展，现代的机器人趋于自动化、高效化、和人性化发展，具有高性能的机器人已经被人们运用在多种领域里。特别是它可以替代人类完成在一些危险领域里完成工作。 科技来源于生活，生活可以为科技注入强大的生命力，基于此，我们在构思机器人的时候想到了动物，在仔细观察了猫.狗等之后我们找到了制作我们机器人的灵感，为什么我们不可以学习小动物的走路呢，于是我们有了我们机器人行走原理的灵感。 为了使我们所设计的机器人在运动过程中体现出特种机器人的性能及其运动机构的全面性，我们在构思机器人的同时也为它设计了一些任务： 1. 自动寻找地上的目标物。 2. 用机械手拾起地上的目标物。 3．把目标物放入回收箱中。 4. 能爬斜坡。 图一 如图一中虚线所示的机器人的行走路线，机器人爬过斜坡后就开始搜寻目
标物体，当它发现目标出现在它的感应围时，它将自动走向目标，同时由于相关的感应器帮助，它将自动走进障碍物中取出物体。 二.原理方案的实现和传动方案的设计： 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 图二 图三 机器人初步整体构思如上的图二和图三，四只腿分别各有一个电机控制它的转动，用一个电机驱动两条腿的抬伸。根据每只腿的迈步先后实现机器人的前进，后退，左转和右转，在机器人腿迈出的同时，它也会相应地进行抬伸，具体实现情况会在下文详细说明。 任务的实现主要是利用单片机来控制机器人的四条腿以及几个传感器的共同工作，并通过它们的协调工作来完成的。如图一中所示，让机器人爬过了斜坡之后，就先进行扫描，如果发现有目标出现在它的视野之，它就会寻着目标前进。如果没有发现目标，机器人会原地转弯并搜寻在它视野之外的目标。由于目标物
工业机器人的基本工作原理,工业机器人结构系统 机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。根据发达国家产业发展与升级的历程和工业机器人产业化发展趋势，到2015年中国机器人市场的容量约达十几万台套。 1工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须的运动和动力．其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动．自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。因此在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有相同之处：二者的末端执行器都有位置变化要求，而且都是通过坐标运动来实现末端执行器的位置变化要求。当然机器人也有其独特的要求，是按关节形式运动为主，同时机器人的灵活性要求很高，其刚度、精度要求相对较低。 2工业机器人结构系统 2．1工业机器人构造 从功能角度分析可将机器人分解成四个部分：操作机、末端执行器、传感系统、控制器。操作机：是由机座、手臂和手腕、传动机构、驱动系统等组成．其功能是使手腕具有某种工作空间，并调整手腕使末端执行器实现作业任务要求的动作。末端执行器：也叫工业机器人的手部，它是安装在工业机器人手腕上直接抓握工件或执行作业的部件。感器系统：是指要机器人与人一样有效的完成工作。必须对外界状况进行判断的感觉功能。与机器人控制最紧密相关的是触觉。视觉适合于检测对象是否存在，检测其大概的位置、姿势等状态。相比之下，触觉协助视觉．能够检测出对象更细微的状态。控制器：机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。主要是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在机器人中采
机器人喷涂漆膜厚度控制 1.引言 随着国内乘用车工业的发展，越来越多的机械喷涂取代了手工作业。在这种趋势中，机器人喷涂所占的比例也越来越大。如原先在车身喷涂中普遍使用的6杯站或 9杯站系统，也有被机器人喷涂替代的趋势。汽车车身外覆件也大量使用机器人喷涂，如国内轿车保险杠喷涂中超过一半的产量使用了机器人。机器人喷涂既保持了手工喷对复杂形面的适应，又具精确性和重复性。本文将讨论机器人施工时影响最终涂膜厚度的各种因素，为生产中对膜的控制调整提供一些思路。 2 膜厚控制的意义 对于涂装施工而言，涂膜厚度是涂装工艺中最重要的控制因素，其意义在于： (1)防止因膜厚不适当导致的涂层缺陷。根据经验，现场生产中涂层的外观缺陷有超过一半以上是因为漆层膜厚控制不当造成的。一些常见的涂装缺陷如流挂、漆层薄、露底色等直接与膜厚控制失控有关，还有一些缺陷也间接同这有关。譬如，保险杠喷涂的第一层助黏底漆膜厚不够，会导致整个涂层附着力下降，同时底漆的膜厚达不到要求时其导电效果也会下降，这会引起第一道色漆使用静电喷涂时涂料的转移率下降，最后导致色漆不足。 (2)帮助外观指标的调整。常见的漆膜外观指标如光泽、色差、桔皮、DOI 等都需要以膜厚控制作为基础。上述指标都明显受到膜厚，特别是面漆膜厚的影响，因此，在整个涂装质量控制中，把膜厚作为最重要的控制因素是必须的。 (3)成本的控制。除了膜厚控制对涂装质量影响体现的质量成本外，涂装的主要成本中约有一半被涂料所占据。精确的膜厚控制不仅有助于涂装质量的稳定，还有利于涂料的节约。统计显示，采用同样设备喷涂时，是否精确控制膜厚其所消耗的涂料相差25%以上。目前在国内使用的机器人喷涂主要有日本岩田或三菱机器人，这些设备引进较早，控制精度较差；新的涂装线普遍采用ABB、 FANUC、 MOTOMAN、DURR 等多轴机器人，在本文中主要是以ABB机器人为基础进行讨论 3 影响漆膜厚度的因素在机器人喷涂施工中，涂层膜厚可以按如下公式计算： 干膜厚度=(流量×涂料体积固体含量×涂料转移率)/(走枪速度×喷幅宽度) (1)流量，即喷涂时单位时间从喷枪口流出的涂料体积。在机器人喷涂中，这个数据直接在BRUSH(刷子)参数表中确定。一些老式的机器人喷涂中，流量控制没有和机器人系统建立联系，无法在一个喷涂程序中间随时更改流量。而大部分新机器人的流量控制系统直接由机器人的IPS系统控制，使流量控制更加精确和便捷。如在ABB机器人喷涂的流量控制中，根据流量控制是否闭环分两类。 一是对流量精度高的设备采用闭环控制，在闭环控制中，常用的设备配置有两种： 一是使用计量齿轮泵，即泵每转一圈所获得的体积数是恒定的，机器人1PS系统控制计量泵的转速来达到定量供漆，在这类系统中，涂料的动力来自齿轮泵产生的压力。
毕业设计说明书 作者：学号： 系：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 题目：四足仿生移动机器人结构设计 指导者：副教授 评阅者：
目次 1 概述 ................................................ 错误！未定义书签。 1.1 绪论........................................... 错误！未定义书签。 1.2 国内外研究现状及关键技术....................... 错误！未定义书签。 1.3 本课题主要研究内容............................. 错误！未定义书签。 2 四足仿生移动机器人的结构设计原则及要求 ............... 错误！未定义书签。 2.1 四足仿生移动机器人的总体方案确定............... 错误！未定义书签。 2.2 机器人机械结构及传动设计....................... 错误！未定义书签。 3 电机的确定 .......................................... 错误！未定义书签。 3.1 各关节最大负载转矩计算......................... 错误！未定义书签。 3.2 机器人驱动方案的对比分析及选择................. 错误！未定义书签。 3.3 驱动电机的选择................................. 错误！未定义书签。 4. 带传动设计 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1 各参数设计及计算............................... 错误！未定义书签。 4.2 带型选择及带轮设计............................. 错误！未定义书签。5工作装置的强度校核.................................... 错误！未定义书签。 5.1 轴的强度校核................................... 错误！未定义书签。 5.2 轴承的选型..................................... 错误！未定义书签。结论 ................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ............................................ 错误！未定义书签。致谢 ................................................. 错误！未定义书签。