自动喷漆机器人机身系统设计(3)
而使用自动生成的喷枪轨迹进行喷漆，来实现所喷漆表面漆料的厚度均匀依旧是一个相当具有挑战性的研究课题。所喷漆表面的复杂几何形状是主要的原因之一。在国外，盛等人于2000年开发了一种优化算法，能够覆盖一个复合表面，他们的算法可以保证复合表面的喷漆覆盖率[10]。但在这种算法中，漆料厚度的问题仍未得到解决。而在国内也有相当多的学者提出了相关的轨迹优化方法。如江苏理工大学的王炎炎等人研究了喷漆机器人喷枪最优轨迹的规划, 建立了数学模型，得出了使得工件表面涂层厚度差异达到最小的喷枪最优轨迹[11]。但是这种方法只在正方形的平面上的得到了仿真验证。又如江苏科技大学的陈伟等人在根据实验数据确定平面上的涂层累积速率二次函数后，建立了自由曲面上的漆膜厚度数学模型，在此基础上生成喷漆机器人喷枪空间路径，得出喷枪轨迹优化设计[12]。但是这种方法在施行前需要提前利用实验的方法，先确定被加工平面上的涂层累积速率，而这在实际的生产应用中极为低效，也是不可行的。另外还有武汉大学的刘能广针对喷漆机器人的轨迹优化的复杂性，提出利用二层规划建模的方法,并应用遗传算法求解最优轨迹[13]。但这种方法的可行性依旧有待验证。
虽然喷漆机器人喷枪轨迹自动生成的各种技术早已被研发出来，各种轨迹优化技术也是层出不穷，但是每个轨迹自动生成系统面对不同的表面时都互有优劣，至今依旧没有一款自动轨迹生成能够较为完美的处理各类表面，并保证喷漆厚度的均匀。相信这仍将是未来喷漆机器人的发展和改进的方向。
1.4.2 经济型喷漆机器人的研制
现在国内喷漆机器人的数量还很少，在相关的中小企业的普及度依旧很低，这与喷漆机器人长期居高不下的造价有着很大的关系。面对这个现状，国内已经有许多科研人员在着力于经济型喷漆机器人的设计和研发。如中南大学的陈欠根等人设计的经济型喷漆机器人,适用于对体积不大的家用电器、家具和小型机械设备零/部件等的喷漆作业[14]。与此同时还有学者利用先进的设计方法，优化喷漆机器人的本体结构，从而降低其生产成本。如西京学院的刘守法运用Inventor对直接影响整个机器人的工作性能的大臂进行了强度校核，优化和喷漆机器人的结构设计，从而设计了一种新型的经济型喷漆机器人[15]。
1.5 本文研究的主要内容
本课题主要任务是在保证所设计的喷漆机器人机身系统满足任务书中技术要求的前提下完成：（1）总体方案的论证设计；（2）机身系统的设计；（3）绘制总装图、部件图和零件图；（4）撰写设计说明书。
本文以喷漆机器人为研究对象，根据任务书的设计要求，进行总体方案论证设计，包括对喷漆机器人坐标形式、驱动系统、传动系统和平衡系统方案的选择，并进行机身系统设计，并对重要零部件进行了设计计算。具体内容如下：
首先，对查阅的资料进行分析和总结，了解喷漆机器人的相关基础知识、国内外研究现状，以及工业喷漆机器人的相关技术知识。
其次，根据任务书设计要求和有关原理，对喷漆机器人的总体方案进行设计，对不同的设计方案进行比较，选择确定总体方案的设计。包括机器人坐标方式、驱动方式、传动方式、平衡方式的选择和总体结构确定。
然后，进行了机身系统的设计。根据给定的工作载荷和大臂、小臂和腕的长度和转动惯量，结合设计任务书中所给的大臂与小臂的俯仰范围来计算出机身所需要的转矩，由计算出的转矩确定二级齿轮减速器的传动比，并选定合适的电机，接着确定各轴的转速和输入功率，之后按要求设计齿轮和轴。
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