油箱內(nèi)噴漆機(jī)器人直線伸縮關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)【噴涂機(jī)器人】【說明書+CAD】,噴涂機(jī)器人,說明書+CAD,油箱內(nèi)噴漆機(jī)器人直線伸縮關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)【噴涂機(jī)器人】【說明書+CAD】,油箱,噴漆,機(jī)器人,直線,伸縮,關(guān)節(jié),設(shè)計(jì),噴涂,說明書,仿單,cad 論文題目：油箱內(nèi)噴漆機(jī)器人直線伸縮關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)論文題目：油箱內(nèi)噴漆機(jī)器人直線伸縮關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：張海玉張海玉學(xué)學(xué)號(hào)：號(hào)：20030314127班班級(jí)級(jí)：機(jī)教機(jī)教031班班導(dǎo)師姓名：劉法治導(dǎo)師姓名：劉法治崔杭平崔杭平摘摘要要n在噴漆行業(yè)，人工噴漆嚴(yán)重影響了人的身心健康，制約了生產(chǎn)效率的提高，為避免人在有毒、易燃、易爆的惡劣環(huán)境下工作，減少噴漆廢品，提高噴漆質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，迫切需要實(shí)現(xiàn)噴漆自動(dòng)化，而噴漆機(jī)器人不怕酷熱寒暑，不怕輻射和污染，不怕危險(xiǎn)，干活快，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，并且保證了噴漆操作在時(shí)間和空間上的延續(xù)性與連續(xù)性，文章首先進(jìn)行了噴漆機(jī)器人傳動(dòng)裝置的分析，接著討論了該機(jī)器人的直線伸縮關(guān)節(jié)，通過工作空間分析確定出操作手的尺寸，進(jìn)而進(jìn)行了抗拉、抗剪和剛度校核，給出了慣量匹配、轉(zhuǎn)矩匹配等控制參數(shù)的調(diào)節(jié)計(jì)算方法。1緒論緒論 n車用油箱系列產(chǎn)品其外形呈橢圓柱狀，上方開有一圓形入口，整個(gè)油箱在縱向被兩塊隔油板分成三個(gè)儲(chǔ)油區(qū),該系列油箱用于汽車燃油的儲(chǔ)運(yùn)，在其制造過程中，其內(nèi)腔壁需經(jīng)三層漆料的噴涂，要求噴涂均勻，涂層厚薄一致，無遺漏點(diǎn)，并要求不掉漆，不起泡，以保證油箱的防腐蝕，增加油箱的使用壽命和確保儲(chǔ)運(yùn)的動(dòng)力燃油的清潔。但受油箱結(jié)構(gòu)的限制，人工噴漆的操作環(huán)境極為惡劣,為此，筆者研究設(shè)計(jì)了一種能替代人工噴漆作業(yè)的油箱內(nèi)噴漆機(jī)器人。由于工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)作業(yè)對(duì)象完成多種復(fù)雜動(dòng)作，因此，使用機(jī)器人完成噴漆作業(yè)是一種有效的方法，噴漆質(zhì)量和生產(chǎn)率也較易保證。2總體機(jī)構(gòu)n噴漆機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)有機(jī)座、肩部、臂部、腕部等組成，機(jī)座位于油箱外的后側(cè)，由固定底座、立柱、橫梁等組成，對(duì)機(jī)械臂起支承和定位作用。臂部包括與其伸縮、屈伸或旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)件，并裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向定位裝置、支承連接和位置檢測(cè)元件等，臂部又可分為肩部、大臂、小臂、腕關(guān)節(jié)及噴槍、它們所產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的組合完成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)調(diào)整。肩部由直線升降關(guān)節(jié)、擺動(dòng)關(guān)節(jié)等組成,其作用是使機(jī)械手進(jìn)入箱內(nèi)并擺動(dòng)伸入隔油板的偏心孔內(nèi)。大臂由擺動(dòng)關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和伸縮關(guān)節(jié)組成,其作用是帶動(dòng)小臂及腕部縱向移動(dòng)并進(jìn)行360回轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)各表面的噴漆運(yùn)動(dòng)，小臂由肘關(guān)節(jié)(擺動(dòng)關(guān)節(jié))和小臂伸縮關(guān)節(jié)組成,它們的運(yùn)動(dòng)使腕部帶動(dòng)噴槍實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)位姿;腕關(guān)節(jié)為一個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，旋轉(zhuǎn)一定角度以滿足噴槍始終與被噴涂表面垂直。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) n有三種方案可供選擇：a方案采用二級(jí)圓柱齒輪減速器，適合于繁重及惡劣條件下長(zhǎng)期工作，使用維護(hù)方便，但結(jié)構(gòu)尺寸較大；b方案，采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動(dòng)效率較低；c方案，采用一級(jí)圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)，工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，根據(jù)機(jī)器手的工作條件，初步選定c方案，在設(shè)計(jì)過程可能還要不斷修改和完善。3.1傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)n電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式選用三相異步電機(jī)選用三相異步電機(jī)YZR型，結(jié)構(gòu)形式選用防爆型。型，結(jié)構(gòu)形式選用防爆型。n選擇電機(jī)容量選擇電機(jī)容量在在變變化化較較小小的的載載荷荷下下長(zhǎng)長(zhǎng)期期工工作作的的機(jī)機(jī)器器，只只要要負(fù)負(fù)載載不不超超過過額額定定植植，電電機(jī)機(jī)便便不不會(huì)會(huì)過熱，所需電機(jī)功率：過熱，所需電機(jī)功率：n確定電機(jī)轉(zhuǎn)速確定電機(jī)轉(zhuǎn)速根根據(jù)據(jù)選選定定電電機(jī)機(jī)的的類類型型，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，容容量量和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速，選選電電機(jī)機(jī)YZR132M2-6.它它的額定功率為：的額定功率為：滿載轉(zhuǎn)速為：滿載轉(zhuǎn)速為：n 分配各級(jí)傳動(dòng)比分配各級(jí)傳動(dòng)比總傳動(dòng)比：總傳動(dòng)比：各軸分配各軸分配：計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)式中:電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩 3.2傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算n聯(lián)軸器不僅具有連接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩的功能，還具有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差造成的軸線偏移的功能，以及緩沖吸振安全保護(hù)的功能。電動(dòng)機(jī)軸和減速器高速軸聯(lián)結(jié)用的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，為減小啟動(dòng)載荷，緩沖吸振，應(yīng)選較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和具有彈性的聯(lián)軸器，一般選彈性柱銷聯(lián)軸器,選用HL2聯(lián)軸器，n其公稱轉(zhuǎn)矩為315N.m，許用轉(zhuǎn)速為500r/min.n在減速器外，采用開式直齒齒輪傳動(dòng)，精度等級(jí)選為7級(jí)，小齒輪材料選為40Cr，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，硬度為240HBS，兩者的硬度材料差為40HBS。n選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)取49。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算數(shù)值按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算數(shù)值1)計(jì)算分度圓直徑 n計(jì)算中心距 n計(jì)算齒輪寬度 n取 ，大齒輪如下圖 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n（1)為滿足半聯(lián)軸器軸向定位要求，右端制出一個(gè)軸肩，故 n(2)初步選擇滾動(dòng)軸承。因滾針軸承工作時(shí)允許內(nèi)外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)，有較大的徑向承受能力，摩擦系數(shù)較大，故選此軸承。參照工作要求并根據(jù) ，有軸承目錄產(chǎn)品中初步選取 ，其尺寸為dDT=25mm42mm17mm，故 ；而 。n右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，由手冊(cè)查得它的定位軸肩高度h=1.5mm，因此取d=48mm。n(3)取安裝齒輪處的軸段的直徑 ，齒輪的左端與左軸承間采用套筒定位，已知齒輪輪轂的寬度，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略小于輪轂寬度，故取 ，齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度，取h=2mm，軸環(huán)寬度 各軸段的長(zhǎng)度圖和直徑如下：圖4減速器軸段5直線伸縮關(guān)節(jié)直線伸縮關(guān)節(jié)n圖5為直線伸縮關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，該關(guān)節(jié)由滾珠絲桿、滾針軸承、交流伺服電動(dòng)機(jī)(或帶制動(dòng)器)、雙向滾柱式超越離合器等組成。雙向滾柱式超越離合器起自鎖保護(hù)作用6 絲杠的設(shè)計(jì)絲杠的設(shè)計(jì)n(1)初算滾珠絲杠副的導(dǎo)程n2)估算滾珠絲杠副底徑n(3)確定滾珠絲杠副的其他尺寸 綜合考慮各項(xiàng)幾何尺寸要求，取L為38mm.1）滾珠絲杠副的螺紋長(zhǎng)度2）絲杠全程滾珠絲杠螺旋原理圖滾珠絲杠螺旋原理圖1齒輪2返回滾道3螺桿4滾珠5螺母6鍵7機(jī)架7手臂機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定手臂機(jī)構(gòu)尺寸的初步確定根據(jù)機(jī)器手的工作空間，初步確定出手臂的長(zhǎng)度。操作機(jī)位置與姿態(tài)的確定操作機(jī)位置與姿態(tài)的確定構(gòu)件的空間位置和姿態(tài)可用其上任一點(diǎn)（稱為基點(diǎn)，通常選構(gòu)件的質(zhì)心或形心基準(zhǔn)）在空間的位置和與與構(gòu)件固接的坐標(biāo)系相對(duì)于參考參考坐標(biāo)系來確定。機(jī)械手的主參數(shù)為最大抓重量（目前，該值通常為10公斤左右，故設(shè)重物為10kg，影響機(jī)械手動(dòng)作快慢的主要因素是手臂伸縮及回轉(zhuǎn)的速度，設(shè)機(jī)械手最大移動(dòng)速度為1.2m/s，最大回轉(zhuǎn)速度為120/s，手臂機(jī)構(gòu)的尺寸即手臂的長(zhǎng)度和手臂的關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍應(yīng)該由機(jī)器人要完成作業(yè)任務(wù)提出的工作空間尺寸確定，因?yàn)闄C(jī)器人要完成20mm80mm的正平面和R40mm的中間曲面的噴涂工作，初步確定出手臂的長(zhǎng)度小于20mm，選用合金鋼管作為手臂的原始材料；鋼管的厚度為5mm，求解滿足使用要求前提下手臂的最小質(zhì)量。7.1抗拉強(qiáng)度分析抗拉強(qiáng)度分析7.2抗剪強(qiáng)度條件抗剪強(qiáng)度條件手臂N點(diǎn)處所受剪應(yīng)力最大，因圓截面壁厚遠(yuǎn)小于外徑，故最大剪應(yīng)力為根據(jù)抗剪強(qiáng)度條件有將已知數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得7.3剛度條件n由受力分析得，點(diǎn)處撓度最大，據(jù)剛度條件代入數(shù)據(jù)整理得8建立數(shù)學(xué)模型n運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的理論，應(yīng)用軟件進(jìn)行輔助優(yōu)化計(jì)算與設(shè)計(jì)，以求得機(jī)械手臂的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)n應(yīng)用MATAB軟件求解(1)編寫目標(biāo)函數(shù)的文件Obj.fun,m,返回X的函數(shù)值f。Functionf=objfun(x).f=0.00468*(1)*(2);(2)因設(shè)計(jì)約束含非線性約束，故需編寫一個(gè)描述非線性約束的文件NonLinconstr.mFunction=non.Lin.str(x);(3)給定函數(shù)的初值，并調(diào)用優(yōu)化函數(shù)Ib=zeros(1,1);Opetions=optimiset;(4)計(jì)算結(jié)果x=3.186fval=0。7201exitflag=outplot=iterations：2funCount：11slepsize:firstorderopt:0.184cgiterations經(jīng)11次迭代計(jì)算后,求得最優(yōu)方案為慣量匹配系統(tǒng)的慣量匹配對(duì)于系統(tǒng)的靈敏度影響很大,若負(fù)載慣量過大,則伺服電機(jī)加減速的時(shí)間較長(zhǎng),同時(shí)還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此一般應(yīng)滿足下式式中：為伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(),可由伺服電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品樣本查得;為折算到伺服電動(dòng)機(jī)軸上的全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.轉(zhuǎn)矩匹配n對(duì)于380L型機(jī)器人，各直線伸縮關(guān)節(jié)動(dòng)作時(shí)，只是帶動(dòng)相應(yīng)的臂和腕部運(yùn)動(dòng)，因此只存在由系統(tǒng)質(zhì)量移動(dòng)引起的負(fù)載，而沒有其他外加的載荷，伺服電動(dòng)機(jī)空載加速啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由下式給出 通過相應(yīng)的計(jì)算，在上述慣量匹配和轉(zhuǎn)矩匹配的計(jì)算過程中，代入所求數(shù)據(jù)滿足要求，在論文中有詳細(xì)的論述，在此不再詳述。結(jié)束語n本文設(shè)計(jì)了機(jī)器人的直線伸縮關(guān)節(jié)，從強(qiáng)度剛度，轉(zhuǎn)矩等方面進(jìn)行的相應(yīng)的校核，克服了以往構(gòu)件的截面直徑較小，剛度較弱，因而構(gòu)件受到較大的變形，易產(chǎn)生振動(dòng)的缺點(diǎn)，從而保證了它的剛度和強(qiáng)度要求，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，維護(hù)了人的身心健康。致致謝謝n本文是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，指導(dǎo)老師具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在治學(xué)及做人方面都給予我很大的幫助，使我少走了許多彎路，衷心感謝劉老師對(duì)我的關(guān)心指導(dǎo)和幫助。n同時(shí)也感謝三利集團(tuán)的崔工和史工以及其他的不知名的好心員工的大力幫助，他們豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使我受益匪淺，也向曾經(jīng)給予過我?guī)椭钠渌蠋熀屯瑢W(xué)深表感謝。