摘 要

本课题设计了一种关节型的喷漆机器人，它具有六个自由度，相较于其他机器人，它结构更简单，成本更低，重复精度低且便于控制。其中手腕具有三个自由度，其他的关节各具有一个自由度，各个关节采用电机驱动。论文依据课题的任务要求以及技术指标，定下机械手臂的各项基本的技术参数，为整个机械手系统提供设计依据。

论文依据课题的任务要求以及技术指标，定下机械手臂的各项基本的技术参数，为整个机械手系统提供设计依据，并在此基础上，通过分析比较的方法提出机械手的五自由度关节的总体的结构布局。本次设计主要是基于Solidworks对机械手总体结构进行设计，通过对机械手关节工作状况进行分析，选择了机械手各运动关节电机以及减速器的型号,并且对各运动关节的主要结构进行了详细的设计，完成部分关键零部件的校核。

关键词：喷漆机械手；关节型；结构设计

Design and Motion Simulation Of Painting Robot

ABSTRACT

The task of designing an articulated painting robot, which has six degrees of freedom, compared to other robots, it is a simpler structure, lower cost, low repeatability and easy to control. Wherein the wrist with three degrees of freedom, other joints each have a degree of freedom of each joint motor-driven. Thesis based on the subject of mission requirements and technical specifications, set the basic parameters of robot technology to provide design basis for the entire robot system.

Thesis based on the subject requirements and technical specifications of the task laid down the basic technical parameters of the mechanical arm, to provide the design basis for the entire robot system, and on this basis, the proposed total of five degrees of freedom manipulator joint approach by analysis and comparison the structure and layout. This design is mainly based on Solidworks manipulator overall structure designed by the manipulator joint work to analyze the situation, choose the robot movements joint motor and reducer models, and the main structures of the movement joints carried out a detailed design, complete check of some key components.

Key words：painting robot；joint；structure design 

目 录

1 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2研究背景和意义 1

1.3国内外喷漆机器人的研究现状 4

2 喷漆机械手机械手总体结构分析 9

2.1 引言 9

2.2 机械系统方案设计 9

2.2.1确定机械手的机构类型 9

2.2.2 确定机械手的自由度 11

2.2.3确定机械手的工作空间 11

3 机械系统模块设计 17

3.1 驱动方式的比较与选择 17

3.2 机械手设计指标 18

3.3 电机与减速器的选型 18

4 喷漆机械手的运动仿真 31

4.1 solidworks简介 31

4.2 建模与仿真 31

结 论 34

致 谢 35

参考文献 36

1 绪论

1.1课题背景

喷漆加工是汽车制造生产线中的一道重要工序，在过去，它大多数情况是通过人力完成的。但是，仅仅通过人力完成对一台甚至上千台汽车表面完成喷漆任务是非常艰巨的，并且，喷漆生产线中所使用的原料，含有多种对人体有害的挥发性颗粒物质。随着生产工业的发展，汽车生产工业作为其翘楚，优先尝试通过机械改善加工条件，解放人力去服务那些机械不可完成的任务，机械手作为人类手臂最好的替代品登上历史舞台。

改革开放以来，中国大量拉动内需，人民生活质量得到了显著提高，小汽车进入千家万户，不仅仅是对数量，人民对于汽车质量的要求也在不断提高，汽车表面作为最直观表现汽车质量的方面，当仁不让成为急需解决的问题。

近六十年来，机器人的发展史大致可分为了三个重要的阶段。第一阶段是简单个体类机器人，第二阶段是群体劳动类机器人，第三阶段是类似人类的智能机器人。机器人发展的方向是朝着有知觉、有思维、能与人对话的方向去的。这三个阶段同样可以用于喷漆机器人，如今，喷漆生产线在汽车工业中已经非常普遍，研究出类似人类手臂的机械臂，彻底解放人类双手，喷漆范围大，厚度均匀，轨迹灵活，用料省，污染少，价格实惠及维修方便的喷漆机械手成为汽车工业的一个必不可少的目标。

1.2研究背景和意义

近年来，随着汽车制造业在我国的高速发展，工业机器人的发展也得到了显著的提高。从2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平的影响，我国汽车工业的发展进入到了一个历史性的飞速增长期。不仅仅汽车的需求量飞速增长，人们对汽车质量的要求也在不断提高。在这种情况下，国际上的大型汽车生产商纷纷进入中国开拓市场、不断扩大生产规模，国内的汽车自主品牌生产厂家也纷纷加大研发和投资力度，近年来及未来几年，我国的汽车生产将持续增加，各种新型的汽车也会大量出现。汽车工业的发展对于工业机器人等自动化汽车生产装备的需求将会不断增加，但是，竞争也会更加激烈。目前，已经有越来越多的国外机器人公司在我国建立了分公司或者开设办事处，准备瓜分中国这块大的市场。

汽车车身的喷漆是汽车制造业中最主要的生产工艺之一，该工艺不仅能够提高汽车产品的耐腐蚀性，延长汽车使用寿命，同时，它还最直接地体现了汽车外表的颜色、光泽和高亮等质量的优劣，是人们对汽车质量最直观的评价，所以，该工艺对于汽车的市场竞争力拥有着举足轻重的地位。

静电涂装因为具有喷涂效率高、涂层均匀、污染少、适应大规模自动涂装生产线等优点已被越来越多的汽车生产商所采用，成为当今汽车车身涂装最主要的方法之一。实现静电喷涂的基础拥有是自动化静电喷涂设备，此设备的稳定性能、精确性将直接影响到经典喷涂的效果以及整条生产线的正常运行。目前常用的静电喷涂设备主要有喷涂机和喷涂机器人两种，如图所示。