喷涂机器人机构综合与结构拓扑优化研究

发布时间：2021-03-23 00:31

　　喷涂机器人因其具有大幅提升喷涂质量、喷涂效率、可替代人工在恶劣环境中工作等优点,在汽车生产过程中得到了广泛应用,也受到家具、家电、飞机等行业的高度重视。由于其技术门槛相当高,国内目前尚未研制出富有竞争力的产品,因此,开展喷涂机器人设计方法的研究具有重要的理论研究与实用价值。论文首先针对目前国际上较为先进的喷涂机器人进行资料整理和分析,总结了各大喷涂机器人生产商产品的结构特点、性能要求等,并从中得出喷涂机器人设计过程中需要重点考虑的因素;分析喷涂机器人未来的发展趋势,并从中选择一种合适的基本构型;根据喷涂机器人在实际使用环境中的安装方式和布局方式,对机器人的安装位置进行简单的优化,在此基础之上,根据喷涂机器人喷涂作业时的实际行走区域,计算得到机器人连杆参数并对计算结果进行了优化。此外,对该喷涂机器人的工作空间和奇异性进行了仿真计算,得到了其工作空间的形状和大小,以及在使用中应避免的奇异位姿。然后,针对课题组设计出的样机进行了静态形变分析。对其工作空间进行了区域划分,选取其中8个典型位姿点对整机进行了静态变形仿真计算;对不同位姿下各个杆件的自身变形和机器人末端牵连变形进行了仿真计算,得到了... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

喷涂机器人市场销售量预测

第一章绪论2(5)减少人工成本，增加环境友好度。一方面，可以减少人力资源的投入，减少人工成本；另一方面，可以使得工作人员远离喷涂车间，减少喷涂作业对人体自身健康的危害。同时，现代化的生产车间也可以减少环境污染。(6)喷涂机器人具有较大的工作空间和运动灵活性。能够较好的适应各种尺寸、外形的产品，能够完成复杂型面和轨迹的喷涂。灵活可靠，在工作空间内能够实现各种姿态，来完成最终的喷涂任务。基于以上各种优点，喷涂机器人在生产制造领域得到了快速发展，包括工程机械、电子设备、仪器仪表、船舶航运、家用电器、航空航天、汽车整车及零部件等领域，喷涂机器人都有深入渗透，并在其中扮演着重要角色。世界上生产喷涂机器人的厂家主要有瑞士ABB、德国杜尔(DURR)、日本发那科(FANUC)、川崎(KAWASAKI)和安川(YASKAWA)等。我国企业所使用的喷涂机器人90%以上是从国外这些公司进口的产品[7]。这些外企实行了技术垄断，以牟取巨额利润。我国企业使用这些喷涂机器人面临着购买价格贵、使用成本高、维护成本大等问题。由于技术门槛相当高，国内特别是高性能喷涂机器人的研发和生产尚处在起步阶段[8]，仅在低端的喷涂机方面具有优势。有关研究指出，喷涂机器人的市场将在未来几年内有较大的增长，如图1-1和图1-2所示。某专业机构预测，我国在接下来的几年时间里喷涂机器人市场销售量将快速增长到4.2万台/年。同时，喷涂机器人的市场规模也将达到144.7亿元。图1-1喷涂机器人市场销售量预测Figure1-1PredictionofMarketsalesofsprayingRobots图1-2喷涂机器人市场规模预测Figure1-2PredictionofMarketsizeofsprayingRobots

第二章喷涂机器人构型设计10喷涂机器人构型选择自由度数量工业机器人本体设计一般要从最基础的构型开始，根据具体的任务要求来选择最终的机构组成。通常，工业机器人由关节和连杆两部分组成。要确定空间中某点位姿，至少需要6个自由度。关节数量决定了机器人的自由度数，连杆长度和关节转角范围决定了机器人的工作空间范围。因此，对于机器人本体设计来说，应首先确定机器人的自由度数。目前，市场上使用最多、最成熟的是6自由度喷涂机器人。同时，按照喷涂机人进行汽车喷涂来讲，要完成整车车身的喷涂一般情况下至少需要6个自由度。原因有以下几个方面：1.机器人可以到达工作空间内任意位置；2.可以确保机器人末端喷涂设备达到要求姿态；3.避免了冗余自由度的出现，降低了设计的难度和生产成本。综上所述，本款喷涂机器人设计选用6自由度作为设计基矗关节形式在确定完自由度数量，即关节数量之后，还需要确定这6个关节的形式。一般在机器人中使用最多的是移动副(P)和转动副(R)。而接下来讨论的机器人位置机构包括3个自由度，所以，这两种关节形式的组合有：PPP、PPR、PRR、RRR这四种形式。这四种形式各有各的优缺点，以及各自适合应用的场合。(a)直角坐标型(b)圆柱坐标型(c)球坐标型(d)关节型图2-2机器人结构形式Figure2-2Structuralformofrobot


本文编号：3094777