喷漆机器人设计说明书

绪论

喷漆机器人【spray painting robot】可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。中国研制出几种型号的喷漆机器人并投入使用，取得了较好的经济效果。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。

机器人首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机器人。它的结构特点是机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

日本是工业机器人发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种典型机器人后，大力从事机器人的研究。目前工业机器人大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成本和提高精度。

第二代机器人正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息进行反馈，使机器人具有感觉机能。

第三代机器人（机器人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一环。

随着工业机器人研究制造和应用领域不断扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。国际工业机器人会议ISIR决定每年召开一次会议，讨论和研究机器人的发展及应用问题。

目前，工业机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻和热处理等方面，无论

其他国家，如日本、苏联、西欧，大多是从1967，1968年开始以美国的“Versatran”和“Unimate”型机器人为蓝本开始进行研制的。就日本来说，1967年，日本丰田织机公司引进美国的“Versatran”,川崎重工公司引进“Unimate”，并获得迅速发展。通过引进技术、仿制、改造创新。很快研制出国产化机器人，技术水平很快赶上美国并超过其他国家。经过大约10年的实用化时期以后，从1980年开始进入广泛的普及时代。

我国虽然开始研制工业机器人比较慢，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展还是很迅速的。目前我国已开始有计划地从国外引进工业机器人技术，通过引进、仿制、改造、创新，工业机器人将会获得快速的发展。

因此，从长远看，产品的生产成本还会大大降低。而机器人价格的降低使一些中企业投资购买机器人变得轻而易举。因此，工业机器人的应用在各行各业得到飞速发展。

1 喷漆机器人小臂工作原理

手臂伸缩驱动装置上在终端焊有法兰的管子组成的气缸。在气缸内装着空心活塞杆，在其前端固定夹持器。法兰上固接俩个壳体。

在壳体中压入黄铜衬套，它是活塞杆的导向套。在活塞杆上刚性连接着卡箍，在其上固定着带有使活塞杆限位的两个挡块的杆。沿杆移动挡块可以调节手臂的行程。挡块的位置由螺钉固紧。

气缸的活塞杆腔经常处于压力之下。为使手臂深处，压缩空气进入该气缸的相反腔内，由于活塞的有效面积之差，活塞杆连同杆和挡块开始向左移动，实现手臂的深处，直至位置传感器带压缩弹簧的指杆碰到挡块为止。

传感器发出伸缩机构动作信号，传到控制系统中。为将手臂缩回，使活塞杆腔中的压力降低，而活塞在活塞杆腔中空气压力作用下开始向后运动。

为增加手臂缩回的速度，在网路中的空气传输管道中装有快速排气阀。

在壳体中装有双联液压缓冲器，它保证手臂向前或向后运动接近定位点是的制动。

与活塞杆一起运动的手臂作用在挡块上市，它们压在滑阀的伸出活塞杆上，将其压入壳体中。当滑阀运动时，油通过壳体中由锥形尾部和孔所形成的环形孔从腔中流出。在滑阀移动时，环形孔截面减小，平稳的增加手臂运动阻力。以产生手臂的制动。制动效果可有节流阀调节。

2机器人的执行机构

2.1 腕部

腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节焊枪的方位，以扩大焊枪的工作范围，并使手部变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作出所需的零件。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。本次设计的焊接机器人的腕部是利用液压缸实现手部的旋转运动。设计的焊接机器人的腕部的运动为一个自由度的回转运动，运动参数是实现手部回转的角度控制在-90~90

腕部的驱动方式采用直接驱动的方式，由于腕部装在手臂的末端，所以必须设计的十分紧凑可以把驱动源装在手腕上。机器人手腕的回转运动是由回转液压缸实现的。将夹紧活塞缸的外壳与摆动油缸的动片连接在一起；当回转液压缸中不同的油腔中进油时即可实现手腕不同方向的回转。

2.2 臂部

手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到直线运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有一个自由度就能满足基本要求，即臂部的伸缩运动。

臂部的运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部的静、动载荷。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。本次设计实现臂部的前后伸缩运动。臂部的运动参数：伸缩行程：1850mm；伸缩速度：1200mm/s~1400mm/s。机器人臂部的伸缩使其手臂的工作长度发生变化，在直角坐标式结构中，手臂的最大工作长度决定其末端所能达到的最远距离。伸缩式臂部机构的驱动可采用液压缸直接驱动。

本次课程设计主要采用气缸为主要动力机构。