自动喷漆机器人机身系统设计(5)
本次设计的喷漆机器人由可转动的机身、大臂、小臂和可以转摆的腕组成，所以拥有5个自由度。其中机身系统只需要进行一定角度的回转，所以只有一个转动自由度。
2.1.3运动范围
机身转动范围为±120º
大臂转动范围为前俯25º,后仰10º
小臂转动范围为俯仰±30º
腕转范围为±110º
腕摆范围为±110º
2.1.4有效负荷
有效负荷是指喷涂机器人手臂在工作时臂端所加持或安装的喷涂头重量，它表示了喷涂机器人的负荷能力。此外机器人的负重不仅指手臂末端喷涂头负重的质量，并且还与其运动速度的大小及方向和加速度的大小及方向密切相关。所以考虑到了安全因素，有效负荷是指高速运行时的有效负荷。
本次所设计的喷涂机器人的负荷重量为2.5 kg。
2.1.5驱动方式的选择
机器人的驱动方式有电动、液压和气动三种方式。一个机器人可以只有一种驱动方式，也可以是几种方式的联合。以下为三种驱动方式的特点。
（1）液压传动，具有较大的功率体积比，常用于大负载的场合；压力和流量均较为容易控制，可以无极调速，反应灵敏，可以实现连续轨迹控制，文修方便；但是液体对温度的变化较为敏感，油液泄漏易着火；在中小型机器人中都有应用，重型机器人为液压驱动；液压元件成本较高，油路也比较复杂，不太适合作为中小型喷漆机器人的驱动方式。
（2）气压传动，气动系统结构简单，造价较低，比较适用于速度快、负载小且精度要求不高的场合，常用于点位控制、抓取和真空吸附，可高速，但冲击较为严重，精确定位困难，所以不太适合运用于精确度要求较高的喷漆机器人中。
（3）电机传动，有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线电动机等；电机驱动是利用电动机产生的力或力矩，经过相应的减速机构或直接去驱动喷漆机器人的运动关节，来获得动力；电机驱动的喷漆机器人精确度高，调速方便。本次喷漆机器人采用电机进行驱动。以下是几种常见的电机形式：
①直流伺服电机就是利用直流电供电的电动机。直流伺服电机是一个可精确控制的角位置，速度和加速度的旋转器。它由一个合适的电机连接上用于位置反馈的传感器。它也需要一个相对复杂的控制器，通常是使用一个专用模块来控制伺服电机。一般直流伺服电机分为永磁式和电磁式两类，在机器人驱动系统中多采用永磁式直流伺服电机。
②交流伺服电机的使用情况与直流伺服电机基本相同，但是交流伺服电机与直流伺服电机相比又具有很多优点，包括机构较为紧凑、工作稳定、输出力矩大、过载能力强、无电刷、便于保养等。
③低速电机就是有一般电机再整合加装减速装置，一般应用于对于系统精度要求较高的机器人。但由于齿轮传动存在间隙，系统精度不易提高。
④步进电机是一种利用电脉冲信号进行控制的电机，它是一种无刷直流电动机，将一个完整的旋转步骤分成若干相等的步进角。无需任何反馈传感器，电机就可以运动并保持到其中任意一个步进角。步进电机一般成本比较低，精度较高，且易于编程控制，在机器人中位置控制系统中得到了极大的应用。主要有永磁式、反应式、永磁感应子式三种。
综上所述，本次所设计的喷漆机器人各关节都采用步进电机进行驱动。
2.1.6传动方式的选择
机械常见的传动方式有：皮带传动；齿轮传动；蜗杆传动；链传动；摩擦轮传动；滚珠丝杠；钢绳。对机器人传动机构的一般要求有：机构紧凑，传动刚度大，回差要小，寿命长价格低。由于本喷漆机器人为步进电机驱动，最能满足设计要求的传动方式为齿轮传动和滚珠丝杠，所以本次传动系统的机身系统由电机通过二级减速器进行驱动，小臂系统和大臂系统均由带有减速装置的电机通过滚珠丝杠进行驱动，腕部转动由电机直接传动。
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