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1、 摘要随着中国加入世贸组织，国内的喷漆行业面临着一个非常严峻的问题，就是如何引进国外的先进技术提高生产率，其中就有喷漆机器人技术的引进和开发。在喷漆操作中产生的烟雾、有毒气体和灰尘等对人体的健康有影响，另一个原因是有些喷漆部位人很难进行操作或者根本不能操作，基于上述的原因国内的厂家迫切需要用喷漆机器人代替人进行喷漆作业。本次设计的“喷漆机器人”就是为了解决这些问题。该机器人不但能代替人在危险或有毒害的工作环境中稳定的工作，而且它又巧妙地解决了喷漆线中某些复杂部位的喷漆。它有五个自由度，运转灵活，手腕的两个自由度控制直接决定了喷漆的质量和效率。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
2、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。关键词：喷漆机器人；结构设计；大臂；小臂全套图纸，加153893706AbstractFollowing China joining in the WTO, spray-paint of industry in our country faces a machine for very rigorous problem whatever introduce into advanced technolog
3、y to increase productivity，spray-paint robot technologys introduce into and open out. Smog、toxicant and dust affect Gods image health in the course of the spray-paint, to all do harm to the human body to is some to spray-paint the part person very difficult proceeding operation or the root cant oper
4、ate, base on upper reason that internal factory is a impendence thing that require to use spray-paint robot for replacing man to joining work. The design of the spray-paint robot aim to resolve these problem. It can not only replace the person at the work that dangerous or poisonous harm to inside s
5、teady, and it is again skillfully to resolve the spray-paint of some and complicated part of inside of spray-paint line. Two free degree controls that it have five free degrees, revolves is vivid, and the wrist come to a decision the weddings quantity with the efficiency. The total construction desi
6、gn of robot of this Arc spray-paint is a Arc spray-paint robot the system inside is extremely important a the part, it is according to the valid method that actual problem within production and then adopt, and not only have the theories research the value, but also have the realistic meaning. it can
7、 open the deadlock of our countrys robots lots of variety standards, little of batch, lowness of parts general use, the long cycle of supply, the high cost, and that the quality and dependability is unsteadiness.Keywords: Paint machine; structural design; big arm; forearm目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 概述
8、11.2 工业机器人的构成及分类21.2.1 工业机器人的构成21.2.2 机器人的分类31.3 研究工业机器人的意义和目的51.3.1 研究工业机器人的意义51.3.2 研究工业机器人目的8第2章 喷漆机器人的方案设计102.1 确定驱动系统102.2 确定驱动机型和自由度102.3 确定传动方式112.4 确定运动杆长和各轴的运动范围112.5 确定臂杆结构和平衡方式12第3章 喷漆机器人结构及传动系统设计133.1 底座及腰部设计133.1.1 腰部传动系统设计133.1.2 箱体设计253.2 大臂及小臂设计263.2.1 大臂驱动部分的设计263.2.2 小臂驱动部分的设计353.2
9、.3 选择减速器373.2.4 同步带的设计计算393.3 腕部设计41第4章 工业机器人的控制系统434.1 控制特点与分级434.1.1 工业机器人的控制有如下特点434.1.2 机器人控制系统分级444.2 运动控制方式454.2.1 点位控制方式454.2.2 连续轨迹控制方式464.3 控制装置的软件系统484.3.1 喷漆机器人软件系统484.3.2 喷漆机器人喷漆系统49结论50致谢51参考文献52 I第1章 绪论1.1 概述工业机器人是工业制造及物流自动化中的重要装置之一，是当今世界新技术革命的一个重要标志。工业机器人是一种典型的机电一体化产品，它大体上分解为四个部分：机器人本
10、体、末端执行器、传感器和控制器1。在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人问世已有几十年，机器人的定义仍然仁者见仁，智者见智，没有一个统一的定义。原因之一是机器人还在发展，新的机型，新的功能不断涌现。根本原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。就像机器人一词最早诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。 而我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机
11、器” 2。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能
12、程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。而人们一般对机器人作如下的定义：“机器人是一种自动控制的通过编程可完成某些手工操作或搬运作业的机器”。机器人的产生和推广是社会生产和发展的需要，也是现代生产和科学发展的新技术产品。机器人已经在工业生产、资源开发、社会服务、排险救灾以及军事技术等方面发挥着愈来愈多的作用。机器人可以在有毒、噪声、高温、易燃、易爆等危险有害的环境中代替人长期稳定的工作，从根本上解决了操作者的安全保障问题。采用机器人更能够扩大人类的活动领域和能力。机器人可以在诸如深海、高压、辐射、外层空间等人类不能适应的条件下长期可靠的工作，因此在深海采矿、宇宙探索、卫星的空
13、间维修、高辐射条件下调试等领域，都可以依靠机器人来操作。随着计算机技术、控制技术、人工智能的发展，机器人技术得到迅速发展，出现了更为先进的可配视觉、触觉的机器人。1.2 工业机器人的构成及分类1.2.1 工业机器人的构成工业机器人由执行机构、驱动装置、控制系统、智能系统组成， 其中构执行机构(也称操作机)是机器人赖以完成工作任务的实体，通常由杆件相关节组成。从功能的角度，执行机构可分为：手部、腕部、臂部、腰部和基座等。1.手部手部又称末端执行器，是工业机器人直接进行工作的部分和各种夹持器。有时人们也常把诸如电焊枪、油漆喷头等划作机器人的手部。2.腕部腕部与手部相连，通常有3个自由度，多为轮系结
14、构，主要功用是带动手部完成预定姿态，是操作机中结构较为复杂的部分。3.臂部臂部用以连接腰部和腕部，通常由两个臂杆(小臂和大臂)组成，用以带动胸部作平面运动。4.腰部腰部是连接管和基座的部件，通常是回转部件，腰部的回转运动再加上臀部的平面运动，就能使腰部作空间运动。腰部是执行机构的关键部件，它的制造误差、运动精度和平稳性，对机器人的定位精度有决定性的影响。5.基座基座是整个机器人的支持部分，有固定式和移动式两种。该部件必须具有足够的刚度和稳定性。1.2.2 机器人的分类我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自
15、由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。3在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。1.按机械手的几何结构分机器人机械手的机械配置形式多种多样。最常见的结构形式是用其坐标特性来描述的。这些坐标结构包括笛卡儿坐标结构、柱面坐标结构、极坐标结构、球面坐标结构和关节式球面坐标结构等。这里简单介绍柱面、球面和关节式球面坐标结构等三种最常见的机器人。柱面坐标机器人。柱面坐标机器人主要由垂直柱子、水平手臂(或机械手)和底座构成。水平机械手装在垂直柱子上，能自由伸缩并可沿垂直柱子上下运动。垂直柱子安装在底座上，并与水平机械手一起(作为一个部件)能在底座上移动。这样，这种机器人的工作包迹(区间)就形成一段圆柱
