喷涂机器人学士学位论文.docx
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喷涂机器人学士学位论文
毕业设计(论文)
2012届机械工程与自动化学院机械设计制造及其自动化专业
题目:
喷涂机器人
子题:
学生姓名:
徐大鹏班级学号:
0804010403
指导教师:
高腾职称:
讲师
所在系(教研室):
机械电子工程系
摘要
机器人是一种机械技术与电子技术相结合的高技术产品。
采用机器人是提高产品质量与劳动生产率,实现生产过程自动化,改善劳动条件,减轻劳动强度的一种有效手段。
它是一种模仿人体上肢的部分功能,按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。
机器人可以代替人手的繁重劳动,显著减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高劳动生产率和生产自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期、频繁、单调的操作,采用机器人是有效的;此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其它有毒、污染环境条件下进行操作,更显示其优越性,有着广阔的发展前途。
本课题的主要内容是采用机器人代替人来进行喷漆作业,机器人可以代替很多重复性的体力劳动,从而减轻工人的劳动强度,提高生产效率。
结合设计的各方面的知识,在设计过程中学会怎样发现问题.解决问题.研究问题。
并且在设计中融入自己的想法和构思,提高自己的创新能力。
尽力使机器人使用方便,结构简单。
关键词:
机器人,结构设计,步进电机,回转
Abstract
Arobotisamechanicaltechnologyandelectronictechnology,thecombinationofhightechnologyproducts.Therobotistoimproveproductqualityandlaborproductivity,andachievetheproductionprocessautomation,improveworkingconditions,reducethelaborintensityofaneffectivemeansof.Itisacopyoftheupperpartofthehumanbodyfunctions,inaccordancewithapredeterminedtransferrequestortheworkpieceholdthetoolstooperatetheautomationtechnologyandequipment.Therobotcanreplacethestaffoftheheavylabor,significantlyreducedlaborintensityofworkers,improveworkingconditions,improvelaborproductivityandproductionlevelofautomation.Industrialproductionoftenappearsintheheavywork,frequenthandlingandlong-term,monotonousoperation,therobotiseffective;inaddition,itcanbeinhightemperature,lowtemperature,water,theuniverse,radioactiveandothertoxic,pollutionoftheenvironmentundertheconditionsofoperation,butalsoshowitssuperiority,therearebroaddevelopmentprospects.
Themaincontentofthispaperistheuseofrobotstopaint,robotscantaketheplaceofalotofrepetitivemanualwork,therebyreducingthelaborintensityofworkers,improvetheproductionefficiency.Combinedwiththedesignofthevariousaspectsofknowledge,inthedesignprocesstolearnhowtofindproblems.Tosolvetheproblemofproblem.Andinthedesignintotheirthoughtsandideas,enhanceowninnovationability.Trytomaketherobothastheadvantagesofconvenientuse,simplestructure.
KeyWords:
Robot,structuredesign,steppermotor,rotary
目录
摘要II
AbstractIII
目录IV
第1章绪论1
1.1机器人的特点1
1.2机器人的组成2
1.2.1执行机构2
1.2.2驱动机构2
1.2.3控制机构2
1.3喷涂机器人3
1.3本文研究主要内容3
第2章机器人机构总体方案设计4
2.1喷涂机器人的基本技术参数确定4
2.1.1自由度4
2.1.2坐标形式的选择4
2.1.3规格参数6
2.1.4有效负载6
2.1.4运动特性6
2.2喷涂机器人材料的选择7
2.3机械臂的运动方式8
2.4喷涂机器人的驱动元件8
2.5机构整体设计9
2.6立柱回转关节设计10
第3章喷涂机器人结构设计12
3.1机器人腰座结构的设计12
3.2机器人手臂的结构设计13
3.3机器人腕部的结构设计14
3.4机器人末端执行器(手爪)的设计15
3.6大小臂(关节2和关节3)电机的计算与型号选择15
3.6.1电机的计算15
3.7主要零件材料的选择与强度校核16
3.7.1齿轮系材料的选择16
3.7.2齿轮副的强度校核17
3.8本章小结20
第4章大、小臂部结构20
4.1大、小臂部结构设计的基本要求20
4.2大、小臂部结构设计22
总结与展望26
参考文献27
致谢29
第1章绪论
随着人类科技的进步,社会经济的发展,机器人学成为近几十年来迅速发展的一门综合学科。
它体现了光机电一体化技术的最新成就,机器人作为其中的佼佼者更是发挥了不可磨灭的作用。
在人类社会中,凡是有机械活动的地方,都能看到机器人的身影。
机器人产品的应用已经由核工业和军事科技等高端科学领域向医疗、农业甚至是服务娱乐等民用领域发展了,并且各式各样的机器人正在涌现出来,以惊人的速度延伸到人类活动的各个领域。
机器人是由于人类期望生产水平的提高,为了提升生产效率而出现的。
然而由于机器人善于完成重复的,单调的,精确度要求高的工作,能取代人在恶劣的环境中完成人类不能或者不愿完成的工作,因此,机器人的出现又大大解放了人类的生产力。
所以说机器人的发展是社会发展的结果,也是社会发展的必然趋势。
现在,很多发达国家都追逐着机器人这一发展趋势,积极地进行着机器人的各种开发和研制的工作,并且其中一些国家已经取代了不错的成果,研制出了许多新型且实用的机器人或者是机器人。
例如:
日本的跳舞机器人、犬型机器人爱宝(AIBO);。
英国研制的履带式“手推车”及“超级手推车”排爆机器人;美国iRobot公司推出了能避开障碍,自动设计行进路线吸尘器机器人Roomba;上海世博会使用过的福娃机器人等等。
由于机器人的迅猛发展,机器人进入学校教学是必然的。
三自由度机器人作为是机器人的典型产品,其设计及应用对机电一体化、机械结构工艺、机械制造、自动化、电子信息等专业的教学及研究都有着很重要的意义。
1.1机器人的特点
1机器人能进行自动化生产,降低成本。
就本次设计的喷涂机器人而言,它能不间断的搬运零件和各种材料的输送。
这样既提高了生产率又降低了生产成本。
2机器人能使产品品质稳定,减少人工污染。
人工生产会使产品质量受工人状态起伏而影响。
对于某些高精度产品,人工送取会产生人工污染。
3机器人能改善劳动条件,避免各种工伤。
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中,人工操作会有危险,机器人能代替人工作,改善了人们的劳动条件。
4机器人能持久、耐劳,可以把人从繁重的劳动中解放出来,人在连续工作几个小时后,总会感到疲劳或厌倦,以机器人代替人进行工作,可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
5机器人的灵活性、通用性强。
它能通过更换部件来适应不同产品的生产。
并通过改变程序和自由度来达到迅速改变作业的可能性。
这样机器人能满足各种各样的零件生产,在生产中发挥重大作用。
1.2机器人的组成
工业机器人是由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
1.2.1执行机构
一般机器人的执行机构由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、缓冲与定位,还有行走机构组成。
1.2.2驱动机构
驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。
不过目前还是以液压和气动用的最多。
液压驱动具有体积小、出力大、控制性能好、动作平稳等特点,它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动;利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。
液压驱动具有润滑性能好、寿命长的特点,结构紧凑,刚性好。
定位精度高,克实现任意位置开停。
有很多专业机器人能直接利用主机的液压系统。
但缺点是需要配备压力源,系统复杂成本较高。
气动驱动结构简单、造价低廉。
气源方便,所需的压缩气源一般工厂都有,并且无污染,一般采用的压力0.4-0.6MPa,最高可达1MPa。
缺点是出力小,体积大。
由于空气的可压缩性大,很难实现中间位置的停止,只能用于点位控制,而且润滑性较差,气压系统容易生锈。
电动由于减速和回转运动变往复运动机构复杂,很少采用。
机械式用于简单的场合。
1.2.3控制机构
机器人的控制方式有点动和连续控制两种方式。
大多数是用插销板进行点位程序控制,也有采用可编程序控制器控制、微型计算机数字控制,采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。
主要控制的是坐标位置,并注意其加速度特性。
1.3喷涂机器人
喷涂机器人又叫喷漆机器人(spraypaintingrobot),是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人,1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集团)发明。
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。
多采用5或6自由度关节式结构,手臂有较大的运动空间,并可做复杂的轨迹运动,其腕部一般有2~3个自由度,可灵活运动。
较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕,既可向各个方向弯曲,又可转动,其动作类似人的手腕,能方便地通过较小的孔伸入工件内部,喷涂其内表面。
喷漆机器人一般采用液压驱动,具有动作速度快、防爆性能好等特点,可通过手把手示教或点位示数来实现示教。
喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。
[1][2]
喷涂机器人的主要优点
(1)柔性大。
工作范围大大。
(2)提高喷涂质量和材料使用率。
(3)易于操作和维护。
可离线编程,大大
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