自动喷漆机器人机身系统设计(2)
3.4 步进电机的选型17
3.5 机身齿轮减速器各轴的转速与扭矩的计算18
3.6 机身齿轮减速器一级减速齿轮设计与计算19
3.7 机身齿轮减速器二级减速齿轮设计与计算23
3.8 机身齿轮减速器各轴设计与计算28
3.9 机身齿轮减速器轴3的有限元分析35
结 论 38
致 谢 39
参考文献 40
1 引言
自动喷漆机器人(spray painting robot），是现代工业中重要的一类工业机器人，具有能执行自动喷漆或者喷涂其它不同类型的材料表面的功能。喷漆机器人主要由机械本体、传感系统、信息处理控制机构、执行机构以及能源部件组成。其被广泛运用于汽车、仪表、电器、家具等表面处理加工部门。随着工业自动化领域科技水平的不断提高，喷漆机器人的应用范围将会越来越广，而高喷漆质量和材料使用率、智能化、自动离线轨迹优化和自由曲面的均匀喷漆等将是未来喷漆机器人发展的方向。
1.1 对喷漆机器人进行研究的目的和意义
喷漆机器人是工业机器人中的一种，与其它的工业机器人一样，发明它的主要意义是为了减轻工人的劳动强度，并提高劳动生产率。但与其它工业机器人不同的是它的工作环境，因为喷漆不仅是一种重复的机械运动，在传统的喷漆方式中，喷漆质量仅取决于工人的经验，因此整体质量难以保证，且工人长期处于有害的工作环境下，有损健康。所以喷漆机器人的出现对于提高工业自动化，提升工艺水平，节约喷漆材料和减少对工人的身体危害都有着重大的意义。
1.2 喷漆机器人概述
喷漆机器人相对于其他工业机器人在使用中的特殊之处在于末端要求较高的轨迹运动，而且必须在整个喷漆区保持速度均匀，其次工作环境提出防爆要求，因此要求漆、气管路不得悬于机器人手臂之外，以免破坏已喷漆表面[1]。喷漆机器人主要由机器人机械本体、传感系统、信息处理与控制机构、执行机构和能源部件组成，多采用5个或6个自由度的关节式结构，手臂拥有较大的运动空间，并可以执行较为复杂的轨迹运动，其腕部结构一般拥有2到3个自由度，可以灵活的控制喷漆方向。喷漆机器人按种类又可以分为低压有气喷漆机器人和无气喷漆机器人两种[2]。
1.3 国内外喷漆机器人研究概况
1.4自动喷漆机器人的发展趋势
更高的表面喷漆质量和更低的材料损耗将依旧是未来的自动喷漆机器人的发展方向，而复杂表面的喷漆和喷漆轨迹自动生成将大大提升喷漆机器人的工作效率，另外低生产成本的经济型喷漆机器人将是未来喷漆机器人普及的关键。
在机器人喷漆过程中，很多因素会影响喷漆的质量，例如重复喷漆的路径间距、喷漆速度、喷漆压力和喷漆流量等[3]。根据自动喷漆机器人的发展现状，要完善其功能，改善其使用性能，需要解决以下两个主要关键技术：
1.4.1 复杂表面喷漆机器人喷枪轨迹自动生成和优化
喷漆机器人喷枪轨迹的自动生成是当今汽车制造业中非常急需的一种技术。传统的示教方法是相当繁琐和费时的，并且漆料厚度的均匀是依赖于操作者的技能。喷漆轨迹自动生成的方法不仅高效率、减少漆料浪费和处理时间，同时也可以实现最佳的漆料厚度。这项技术已经在国内外被广泛的研究了。如国外的Suh等人在1991为喷漆机器人开发了一个轨迹自动规划系统（ATPS），其方法是基于使用多个单独的小平面近似原始的自由曲面，来模拟出油漆表面上过度喷漆或缺少喷漆的地方[8]。在国内有周峰等人，提出了一种直接生成喷漆机器人运行轨迹的方法，先扫描待喷漆工件的表面以获取工件的点云数据信息，后对点云数据进行切片处理，最后得到喷漆机器人的喷枪轨迹[9]。
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