喷涂臂作业机械系统设计
摘要
对于多数金属而言，长期暴露在空气条件下会发生氧化，继而丧失金属原本性能，所以对于此类金属进行喷漆处理是相当重要的。传统的人工刷漆工作效率低，重复刷漆过分单调，且由于油漆本身具有毒性，人体长期接触会影响身体健康。为解决上述问题，喷漆机械手应运而生。但是目前我国喷漆行业喷漆机械手尚未普及，因此，该产品在我国有较好的发展前景，喷漆机械手由喷枪、小回转臂、小臂、大臂、底座组成本文对喷涂臂作业机械系统设计展开了研究，阐述了涂装机器人的发展与应用，以及其特点和组成，未来发展趋势。根据任务书要求确定了涂装机器人的总体方案，尤其是机身系统的各个部件的设计计算。电机的选择，齿轮的设计计算以及强度校核，轴的设计计算和强度校核，轴承的选择和寿命校核，以及联轴器的选择和校核，键的设计和强度校核。简述了腰部内部电缆安装方式。最后运用CAD等软件设计图纸并进行结构优化。
关键词 涂装机器人 总体设计 喷漆臂 机身设计
Abstract
For most metals, long-term exposure to air will oxidize and then lose the original properties of the metal, so it is very important to spray paint for such metals. Traditional manual painting is inefficient, repetitive paint is too monotonous, and because paint itself is toxic, long-term exposure to human body will affect health. In order to solve these problems, spray painting manipulator came into being. But at present, the spray paint manipulator in the spray painting industry in our country has not been popularized. Therefore, the product has a good development prospect in our country. The spray painting manipulator is composed of the spray gun, the small arm, the small arm, the large arm, the base and the design of the mechanical system of the spraying arm, and expounds the development and application of the painting robot and the application of the painting robot. Its characteristics and composition, the future development trend. According to the requirements of the mission, the overall plan of the painting robot is determined, especially the design and calculation of the components of the fuselage system. The selection of the motor, the calculation of the gear design and the strength check, the design calculation and strength checking of the shaft, the selection and life checking of the bearing, the selection and checking of the coupling, the design of the key and the strength check. The installation of cable inside the waist is briefly described. Finally, we use CAD and other software to design blueprints and optimize the structure.
Keywords overall design of painting robot body design of spray arm
目录
1 绪论 2
1.1 喷漆机器人的研究及应用 2
1.2 喷漆机器人发展趋势 3
1.3 课题总结 4
2 喷漆机器人总体设计 4
2.1主要工作及流程 6
2.2 喷漆机器人坐标系的确定 6
2.3工作空间设计 7
2.4 驱动方式的确定 8
2.5 传动方式的确定 9
3 机身设计 10
3.1 步进电机选择 11
3.3 轴的设计与计算 24
3.4 轴承的校核 32
3.5 键的选择和校核 36
3.6 机身结构的设计 37
4.涂装臂及关节部分结构设计 37
4.1 方案功能设计与分析 37
4.2 关节部分设计 40
4.2.1 位置自由度关节设计 40
4.2.2 姿态自由度关节设计 40
4.3 机械手三维模拟图 41
参 考 文 献 44
1 绪论
1.1 喷漆机器人的研究及应用
1.1.1 概述
当今，为了提高产率，保障产品质量，企业的高程度自动化生产要求各类工业机器人在自动化生产线上扮演着非常重要的角色。并且，工业机器人的种类及技术水平的提高在很大程度上对促进该国工业自动化有着巨大意义。
在制造许多像汽车、家具及家用电器等耐用产品的过程中，油漆或者其他涂料的喷涂是一道非常重要的工序。对一个产品而言，涂料的均匀性对其质量有着非常大的影响，自然地，喷涂质量高，所以工作稳定性好的喷漆机器人应运而生[1]。
与人力相比，喷漆机器人工作稳定，效率高，其工作强度及工作环境的适应能力上都有着巨大优势。而机身的优劣更是机器人能否稳定并且高效地工作的决定因素[2]。
本课题设计的喷漆机器人机身是整个机器人的基础。机身运动的平稳性关系到整个机器人喷漆工作时的稳定性及工作效率。
1.1.2 喷漆机器人的发展应用
早在1975年,喷漆机器人已在应用。由于能够代替人在危险恶劣的环境下进行喷涂作业，所以喷漆机器人日益广泛应用于汽车车体、仪表、家电产品、陶瓷和各种塑料制品的喷涂作业[3～5]。
目前，机器人发展正走向多样化、高智能的方向。机器人的技术正向具有行走能力、多种感觉能力以及对作业环境的自适应能力方面发展。美国机器人技术的研究水平处于领先地位。而同时日本生产的机器人在数量种类方面居世界首位[3]。
我国机器人技术起步晚，总的来看，我国制造工业机器人的技术比国外差相当大的水准，例如：可靠性较低；应用领域狭隘；应用规模较小。现在，我国生产喷漆机器人前都是应用户的请求去专门的设计，品种和规格繁冗、零部件通用化程度较低、这样成本太高，而且喷涂的质量、可靠性不稳定。因此产业化前期迫切需要解决一些关键的技术，全面地进行进行产品规划，系列化、通用化、模化设计等[6～10]。
近年来，国内汽车行业的迅速发展使得机器人喷漆技术水准得到很大提高。中国已研制出的喷漆机器人中，EP-500S型电动机的喷涂机器人已成功应用于中、小型电动机、汽车后桥、照明灯、卫生陶瓷和电器开关的喷涂作业[11]。
