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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院噴漆機(jī)器人設(shè)計 小臂系統(tǒng)設(shè)計 演講人 1緒論 1 1機(jī)器人概念機(jī)器人 Robot 是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置 它既可以接受人類指揮 又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序 也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動 它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作 例如生產(chǎn)業(yè) 建筑業(yè) 或是危險的工作 噴涂機(jī)器人圖 1 2課題研究的背景和意義 機(jī)器人是一門綜合性很強(qiáng)的科學(xué) 有著極其廣泛的研究和應(yīng)用領(lǐng)域 機(jī)器人技術(shù)是綜合了計算機(jī)技術(shù) 信息融合技術(shù) 機(jī)構(gòu)學(xué) 傳感技術(shù) 仿生科學(xué)以及人工智能等多學(xué)科而形成的高新技術(shù) 它不僅涉及到線性 非線性 基于多種傳感器信息控制以及實(shí)時控制技術(shù) 而且還包括復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的建模 數(shù)字仿真技術(shù)及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術(shù) 1 3國內(nèi)機(jī)器人的研究 我國已在 七五 計劃中把機(jī)器人列人國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容 撥巨款在沈陽建立了全國第一個機(jī)器人研究示范工程 全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究 十幾年來 相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn) 點(diǎn)焊 弧焊 噴漆 裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè) 軍用和特種機(jī)器人 1 4機(jī)器人的組成 1 4 1執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手部或者叫抓取部分 腕部 臂部 緩沖與定位 還有行走機(jī)構(gòu)組成 1 4 2驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要有液壓驅(qū)動 氣動驅(qū)動 電動驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動等形式 不過目前還是以液壓和氣動用的最多 1 4 3控制機(jī)構(gòu)機(jī)器人的控制方式有點(diǎn)動和連續(xù)控制兩種方式 大多數(shù)是用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位程序控制 也有采用可編程序控制器控制 微型計算機(jī)數(shù)字控制 采用凸輪 磁盤磁帶 穿孔卡等記錄程序 主要控制的是坐標(biāo)位置 并注意其加速度特性 1 5噴漆機(jī)器人 噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn) 1 柔性大 工作范圍大 2 提高噴涂質(zhì)量和材料使用率 3 易于操作和維護(hù) 可離線編程 大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時間 4 設(shè)備利用率高 噴涂機(jī)器人的利用率可達(dá)90 95 1 6本課題研究內(nèi)容 主要任務(wù) 1 機(jī)器人小臂機(jī)構(gòu)設(shè)計 2 機(jī)器人小臂受力計算與校核 3 機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動設(shè)計 4 重要零件圖及裝配圖繪制 5 伺服電機(jī)選型 2機(jī)器人總體設(shè)計 2 1確定基本技術(shù)參數(shù)2 1 1機(jī)械結(jié)構(gòu)類型的選擇a 圓柱坐標(biāo)型b 直角坐標(biāo)型c 球坐標(biāo)型d 回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型e 平面 對以上五種方案進(jìn)行比較 方案一不能夠完全實(shí)現(xiàn)本課題所要求的動作 方案二體積大 靈活性差 方案三結(jié)構(gòu)復(fù)雜 方案五無法實(shí)現(xiàn)本課題的動作 結(jié)合本課題綜合考慮決定采用方案四機(jī)器人 此方案所占空間少 工作空間范圍大 動作靈活 工藝操作精度高 2 1 2額定負(fù)載2 1 3工作范圍2 1 4操作機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計2 1 5控制系統(tǒng)選擇2 1 6確定機(jī)器人手臂的配置形式 2 2機(jī)器人手臂材料選擇 機(jī)器人手臂材料首先應(yīng)是結(jié)構(gòu)材料 手臂承受載荷時 不應(yīng)有變形和斷裂 從力學(xué)角度看 即要具有一定的強(qiáng)度 手臂材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度材料 如鋼 鑄鐵 合金鋼等 機(jī)器人手臂是運(yùn)動的 又要具有很好的受控性 因此 要求手臂比較輕 綜合而言 應(yīng)該優(yōu)先選擇強(qiáng)度大而密度小的材料做手臂 2 3噴漆機(jī)器人工作空間的計算 圖2 3噴漆機(jī)器人工作空間示意圖 3噴涂機(jī)器人小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 1電動機(jī)的選擇3 2小臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計小臂殼體采用鑄鋁 方形結(jié)構(gòu) 質(zhì)量輕 強(qiáng)度大 3 3小臂電機(jī)及減速器選型 本噴涂機(jī)器人小臂部兩個自由度是平面旋轉(zhuǎn) 若軸承是光滑的 則旋轉(zhuǎn)所需的靜轉(zhuǎn)矩比較小 因為將臂伸開呈一條直線時轉(zhuǎn)動慣量最大 所以在旋轉(zhuǎn)開始時可產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不足 3 4凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算3 5軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 3 6軸的受力分析及計算 軸的受力分析圖 3 7軸承的壽命校核 小臂系統(tǒng)總裝圖 總結(jié)我國機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚 但是隨著國內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展 社會需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步 噴涂機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展 多品種 少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求 是推動裝噴涂機(jī)器人發(fā)展的直接動力 機(jī)器人在輕型 較簡單且要求機(jī)器人價格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手 本課題正是在這種背景下提出來的 這是一項具有重要意義的課題