答辩稿 - 喷漆机器人设计-机身系统设计(含全套CAD图纸)
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• 3.6小结
• 本章针对机身的齿轮、大齿轮轴、小齿轮 轴进行了设计和校核，另外还表述了设计 上的见解。通过校核可知设计的齿轮、轴 均符合强度要求。
• 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。
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。
• 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。
• 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。
图3-1 机器人关节齿轮传动机构简 图
• 3.1 电动机的选择 • 3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传
动比 • 3.3 轴的设计计算
图3-4中间轴结构图
3.4 确定齿轮的参数
• 图3-5 大齿轮结构图
图3-6 小齿轮结构图
• 3.5 壳体设计
• 基座部分采用球墨铸铁材料,方形结构,壁厚 在15mm左右。立柱采用铸铝,空心圆柱形 状,起固定轴承外圈的作用。其他部分具体 尺寸由结构确定,这里不一一叙述,详见图纸。
图2.4 常见的运动方式
2.4喷漆机器人的驱动元件
• 在机器人驱动系统中，电气驱动是利用各种电动 机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动 机器人的关节，来获得动力。电气驱动主要有步 进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电 动机以及最近几年出现的超声波电机和HD电动机 等几种。
• 对几种机器人常用电机的分析和比较，综合考虑 本文喷漆机器人臂并不要求有很高的扭矩，但是 要求有较高精度并要求能够快速启动和制动，所 以选择应用较为广泛的步进电机作为驱动电机。
• 1直角坐标型喷漆机器人 • 2圆柱坐标型喷漆人
图2. 1喷漆机器人的坐标形式
图2.2 喷漆机器人基本形式示意图
2.2 喷漆机器人材料的选择
• 机器人手臂的材料应根据手臂的实际工作情况来 进行选择，在满足机器人的设计和运动要求前提 下。
• 机器人手臂选用的材料与一般的结构材料不同。 机器人手臂是要受到控制的，必须考虑它的可控 性。在选择手臂材料时，可控性还要和材料的可 加工性、成本、质量等性质一起考虑。
• 2.1喷漆机器人的基本技术参数确定 • 技术参数主要有自由度、坐标形式的选择。
2.1.1自由度
• 一般通用喷漆机器人有5～6个自由度即可 满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕 部和行走装置有2～3个自由度），专用喷 漆机器人有1～2个自由度即可满足使用要 求。
2.1.2坐标形式的选择
• 喷漆机器人的坐标形式主要可分为：直角 坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐 标型另外还有比较复杂的SCARA型和并联 型。
• 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喷漆机器人
• 喷漆机器人又叫喷涂机器人（spray painting robot）， 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 。
• 4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研 究；
• 5、通过研究国内外情况，确定本设计课题 的重点设计；
• 6、完成2D装配图的设计和绘制，并由此绘 制零件图；
• 7、编写设计说明书；
• 8、检查并完善本设计课题。
2 机器人机构总体方案设计
• 本文的重要任务是完成喷漆机器人的设计， 本章内容是围绕喷漆机器人机构设计任务 来展开，介绍喷漆机器人执行机构设计思 路。
2.5 机构整体设计
• 综合考虑喷漆机器人的作业任务和作业环 境，采用了5 个自由度的关节型机器人。整 个机构的水平运动采用来实现，即整个机 构装在一个上。整个执行机构是一个4 自由 度的串行机构，且大臂与小臂关节的轴线 相互平行。
3 喷漆机器人机身结构设计
• 通过总体分析后,确定了机器人的结构。所 设计的机身部分采用二级齿轮减速传动。
喷漆机器人设计-机身系统设计
汇报人：
1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。 全套图： 401339828
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 计的喷漆机器人而言，它能不间断的搬运零件和 各种材料的输送。
1.4 本文研究主要内容
• 通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、 杂志查阅了解喷漆机器人的相关知识，确定本设 计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：
• 1、查阅资料、结合所学专业课程，产生喷漆机器 人结构设计的基本思路；
• 2、查阅各类机械机构手册，确定合理的喷漆机器 人结构；
• 3、根据给定技术参数来选择合适的手部、腕部、 臂部等部位；
• 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。
• 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。
• 总之，选择机器人手臂的材料时，要综合考虑强 度、刚度、重量、弹性、抗震性、外观及价格等 多方面因素。
2.3机械臂的运动方式
• 考虑到喷漆机器人的作业特点，即要求其 动作灵活、有较大的工作空间、且要求结 构紧凑、占用空间小等特点，故选用关节 型喷漆机器人。这类喷漆机器人一般由2个 肩关节和1个肘关节进行定位，由2个或3个 腕关节进行定向.
• 本章针对机身的齿轮、大齿轮轴、小齿轮 轴进行了设计和校核，另外还表述了设计 上的见解。通过校核可知设计的齿轮、轴 均符合强度要求。
• 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。
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。
• 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。
• 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。
图3-1 机器人关节齿轮传动机构简 图
• 3.1 电动机的选择 • 3.2 计算传动装置的总传动比和分配各级传
动比 • 3.3 轴的设计计算
图3-4中间轴结构图
3.4 确定齿轮的参数
• 图3-5 大齿轮结构图
图3-6 小齿轮结构图
• 3.5 壳体设计
• 基座部分采用球墨铸铁材料,方形结构,壁厚 在15mm左右。立柱采用铸铝,空心圆柱形 状,起固定轴承外圈的作用。其他部分具体 尺寸由结构确定,这里不一一叙述,详见图纸。
图2.4 常见的运动方式
2.4喷漆机器人的驱动元件
• 在机器人驱动系统中，电气驱动是利用各种电动 机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动 机器人的关节，来获得动力。电气驱动主要有步 进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电 动机以及最近几年出现的超声波电机和HD电动机 等几种。
• 对几种机器人常用电机的分析和比较，综合考虑 本文喷漆机器人臂并不要求有很高的扭矩，但是 要求有较高精度并要求能够快速启动和制动，所 以选择应用较为广泛的步进电机作为驱动电机。
• 1直角坐标型喷漆机器人 • 2圆柱坐标型喷漆人
图2. 1喷漆机器人的坐标形式
图2.2 喷漆机器人基本形式示意图
2.2 喷漆机器人材料的选择
• 机器人手臂的材料应根据手臂的实际工作情况来 进行选择，在满足机器人的设计和运动要求前提 下。
• 机器人手臂选用的材料与一般的结构材料不同。 机器人手臂是要受到控制的，必须考虑它的可控 性。在选择手臂材料时，可控性还要和材料的可 加工性、成本、质量等性质一起考虑。
• 2.1喷漆机器人的基本技术参数确定 • 技术参数主要有自由度、坐标形式的选择。
2.1.1自由度
• 一般通用喷漆机器人有5～6个自由度即可 满足使用要求（其中臂部有3个自由度，腕 部和行走装置有2～3个自由度），专用喷 漆机器人有1～2个自由度即可满足使用要 求。
2.1.2坐标形式的选择
• 喷漆机器人的坐标形式主要可分为：直角 坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐 标型另外还有比较复杂的SCARA型和并联 型。
• 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喷漆机器人
• 喷漆机器人又叫喷涂机器人（spray painting robot）， 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 。
• 4、重点对驱动机构及控制机构进行设计研 究；
• 5、通过研究国内外情况，确定本设计课题 的重点设计；
• 6、完成2D装配图的设计和绘制，并由此绘 制零件图；
• 7、编写设计说明书；
• 8、检查并完善本设计课题。
2 机器人机构总体方案设计
• 本文的重要任务是完成喷漆机器人的设计， 本章内容是围绕喷漆机器人机构设计任务 来展开，介绍喷漆机器人执行机构设计思 路。
2.5 机构整体设计
• 综合考虑喷漆机器人的作业任务和作业环 境，采用了5 个自由度的关节型机器人。整 个机构的水平运动采用来实现，即整个机 构装在一个上。整个执行机构是一个4 自由 度的串行机构，且大臂与小臂关节的轴线 相互平行。
3 喷漆机器人机身结构设计
• 通过总体分析后,确定了机器人的结构。所 设计的机身部分采用二级齿轮减速传动。
喷漆机器人设计-机身系统设计
汇报人：
1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。 全套图： 401339828
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 计的喷漆机器人而言，它能不间断的搬运零件和 各种材料的输送。
1.4 本文研究主要内容
• 通过利用网络工具、图书馆的书籍和各类期刊、 杂志查阅了解喷漆机器人的相关知识，确定本设 计符合要求，满足需要。具体设计方法如下：
• 1、查阅资料、结合所学专业课程，产生喷漆机器 人结构设计的基本思路；
• 2、查阅各类机械机构手册，确定合理的喷漆机器 人结构；
• 3、根据给定技术参数来选择合适的手部、腕部、 臂部等部位；
• 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。
• 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。
• 总之，选择机器人手臂的材料时，要综合考虑强 度、刚度、重量、弹性、抗震性、外观及价格等 多方面因素。
2.3机械臂的运动方式
• 考虑到喷漆机器人的作业特点，即要求其 动作灵活、有较大的工作空间、且要求结 构紧凑、占用空间小等特点，故选用关节 型喷漆机器人。这类喷漆机器人一般由2个 肩关节和1个肘关节进行定位，由2个或3个 腕关节进行定向.