噴涂機器人機械設計─大臂系統(tǒng)設計

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南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程與自動化 姓 名： 學 號： (用外文寫) 外文出處： International Symposium on Robotics October 7 – 11, 2002 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 譯文基本準確地翻譯出原文的意思，層次清楚，具有條理，語句通暢，大體符合中文的表達習慣，翻譯質量教好。但是，個別專業(yè)術語翻譯不準，一些句子表達欠妥。 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 多品種小批量生產零件的機器人自動噴漆 摘要：隨著信息技術的發(fā)展，傳感器和工藝處理能力可全面實現工業(yè)任務上的自動機器人編程。本文對歐盟曲面噴涂項目做了闡述，該項目設計出一種自動生成未知零件噴涂的機器人程序方法。其解決方案采取了四個步驟：激光三角法感測，幾何特征檢測，噴槍路徑規(guī)劃，生成無碰撞的可執(zhí)行機器人程序。在工業(yè)伙伴展示中顯示出了它的結果。 關鍵詞：自動機器人編程，特征檢測，軌跡生成，碰撞避免，噴漆 1.引言 歐盟RTD中曲面噴涂項目的目的在于實現小批量多品種零件噴涂的自動機器人編程。由于機器人程序是根據每個單一品種零件而建立的（使用離線編程/人工示教編程），近來機器人噴涂在大批量規(guī)模生產上是經濟可行的。該項目的目的是提供在大部分零件（見圖1）的噴涂中使用機器人的經濟可能性。其目標是要減少近75﹪的人類編程工作和90﹪的人類噴漆工作。 該技術的挑戰(zhàn)是建立一種可以類似漆工那樣噴涂從未見過的幾何形狀以完成噴涂任務的方法。一種可能的解決方案是利用CAD數據計算噴涂的路徑并測量實際的零件位置。然而，三維CAD數據往往不充分，因此這種方法只限于少數的應用中使用。曲面噴涂中的“逆算法”已被開發(fā)出，它不需要任何CAD數據。 該方法是自動從距離傳感口數據得到機器人的噴涂路徑并自動生成可行的、完整的、可執(zhí)行的機器人程序。這種方法用來處理廣泛范圍的零配件，例如電機齒輪、框架零件（車鏡、板、管等）或大型壓縮機油箱。對于每個工業(yè)客戶零件系列是已知的（包括多達70個變種）。其目標是能夠噴涂沿著傳送帶傳送的任何次序零件。該技術的挑戰(zhàn)是檢測傳送帶上零件的幾何形狀，根據零件的幾何形狀自動推斷出機器人的噴涂軌跡并自動生成無碰撞機器人程序。 1.1相關工作 相關工作是自動生成一個三維噴涂路徑，這已在SmartPainter項目中進行了嘗試。噴涂的運動是通過虛擬地折疊出的被涂曲面而生成的。顯示出噴涂的運動和折疊后的曲面，讓噴涂的運動按照這個折疊曲面而運動。然而，這種方法只適用于當物體3D模型是可以利用的并且物體的曲率相對比較小的情況下。從“先進機器人技術”取得的專利技術采用了二維數碼照片作為輸入[美國專利 專利號：US 5429689]。用戶在屏幕上決定采用噴涂三維的位置，然后由機器人自動完成對噴涂軌跡的規(guī)劃。 獲取自動刀具的3D路徑第一種方法是由考慮平截面銑削渦輪葉片情況下使用網格單元格的方法而得到的。 2.曲面噴涂方法 曲面噴涂方法的建立基于以下觀察，即對于整個產品系列零件由大量帶典型特征的初等幾何元素形成。例如肋板結構（冷卻肋板），圓柱形表面（典型的如馬達）和腔體（典型的如空心結構或要獲取剛度結構）。另一種類型的表面，例如后視鏡的表面。這些表面是自由過渡的光滑表面，而且很難用簡單的幾何屬性表達，例如圓筒、球形、和箱體。根據初等幾何，這項技術目標變成了指定這些初等幾何用于幾何方法檢測，實現路徑規(guī)劃的可開發(fā)，在應用中見到的各種幾何包含在初等幾何中。 初等幾何類型的技術參數是根據觀察到的零件幾何結構和噴涂過程中的約束來確定的。其主要思想是檢測噴涂過程中的初等幾何使其可以鏈接到一個特定的工藝模型。例如平幾何的表面可以用簡單的直線模式進行噴涂。更為復雜的幾何形狀，例如腔體或肋板狀物需要特定的噴涂方法，噴涂腔體和噴涂與肋骨取向平行的要分開來。 初等幾何類型在幾何庫中已定義并且與工藝庫中規(guī)定的工藝知識有關。完整的曲面噴涂方法如圖2所示。接下來的章節(jié)將概述其主要組成部分。 2.1用激光三角測量傳感器的零件測量 當工件在傳送帶上運動，激光測距傳感器裝置掃描零件并獲得該對象的三維測量點數據。掃描由輸送機的實際零件的運動而觸發(fā)（見圖3）。對于大小為一米的零件，獲得了高于一毫米的分辨率。它采取了高達700每秒的掃描速度。如圖4所示，這是通過標定取得的。 往往一些零件是安放在框架或墊木上的。這種情況下，框架或墊木被掃描并且從最后的圖像中除去。圖5顯示了一個例子，零件與框架一起被測量并且零件的數據被自動提取。對于每一個檢測的零件，所有其他工藝步驟都是單獨執(zhí)行的。最后，如果零件相互靠得近，較大機器人的噴涂運動是從一次行程噴涂多個零件而獲得。 2.2特征檢測器 由ACIN開發(fā)的特征檢測器具有使用幾何庫的幾何定義檢測出零件幾何的任務。輸出是掃描零件使用初等幾何表面的說明。 特征檢測器檢測與噴涂工藝相關的三種特征：自由曲面、腔體和肋狀部分。傳統(tǒng)的距離圖像處理通常從分割開始。檢測出的特征限于已定義幾何性質，如平面或二次曲線。 三種特征的具體幾何特征并不清楚，它們只是用來進行特征定義。因此需要一個通用方法進行特征檢測。 圖6總結了已開發(fā)的圖像處理過程。采用被分割成單個部分的標定圖像并且通過具體過程來檢測三種基本特征，這個具體過程下面將簡要概述。具體可見參考[8]。 首先腔體和肋骨狀結構被檢測出后，所有剩余的零件表面將被認為是自由曲面。腔體被定義為一個表面點比周圍邊緣（通常意義上的外表面）局部上低的區(qū)域。其挑戰(zhàn)是建立一個彈健的方法來處理距離數據噪音和陰影。 腔體邊緣的檢測精度在某種程度上取決于其分辨率。通過使用插值點法被發(fā)現的腔體還包括傳感器陰影的潛在區(qū)域。這一點對于在噴涂工藝中檢測整個腔體區(qū)域很重要。腔體然后表示為網格，以涵蓋整個開放的腔體。圖7顯示了完整零件的網格表示。開放的腔體用黑網表示。網格表示也有它的好處，它可以顯著減少數據使噴涂軌跡的自動生成速度快。 圖7表明了噪音容錯方法的缺陷。最終的網格在表示兩個套接的腔體之間的直拐角和極窄邊（3像素）上有一定困難。然而改善三角測量凹面區(qū)域的方法已經在開發(fā)中。 肋狀部分是用最少數量等距平行線而定義的。邊緣檢測后，原始的直線段根據共線性、鄰近性和重疊性分為長線段。使用平行性將這些線進行編組。最終，形成所有線段組的特征向量(距離、重疊、長度、線數)，并用來分類肋板結構。圖8給出了一個分組結果的例子。 2.3噴涂規(guī)劃器 在接下來的工藝步驟中噴槍的噴涂軌跡是根據每個初等幾何計算而來。鄰近的噴涂行程相連接以獲得更長、更流暢的噴涂軌跡。最終的結果是一個完整的噴槍噴涂軌跡。另外生產噴涂軌跡模塊如圖2所示，它指定一個滿足期望噴涂質量的噴槍軌跡。在該模塊中，只有噴槍的運動被認為與工藝質量有關。對機器人沒有約束，不考慮噴槍和它所工作環(huán)境之間的碰撞。為了規(guī)劃出噴槍的運動軌跡，這個模塊使用了幾何庫和工藝庫。幾何庫為每一個幾何基元指定了一個或多個噴涂步驟，這些步驟可以應用于噴涂特定類型的幾何基元。噴涂步驟中指定了如何使噴槍的運動適應所噴涂表面以獲得良好工藝要求。工藝庫是通過實驗工作建立的。 它的基本思路是為了確保噴涂行程的規(guī)劃連續(xù)地貫穿于整個零件，即使不同的幾何基元必須沿著這些表面覆蓋,而連續(xù)機器人運動不能沿著零件表面。該系統(tǒng)將嘗試使用面向少數主要方向上的較大平面區(qū)域（虛擬表面）去逼近曲面模型的三角曲面。圖9顯示了一個由不同規(guī)格的三角形曲面構成的變速箱幾何模型。 在圖10中，曲面是近似曲面，并且曲面被劃分為虛擬曲面。噴涂步驟的執(zhí)行與這些虛擬曲面有關。每一個虛擬曲面只代表一種類型的幾何基元，相同的噴涂步驟因此可以使用于整個零件表面。如果不同的幾何基元隨著表面呈現出來，系統(tǒng)將會嘗試去建立連續(xù)噴槍運動覆蓋虛擬曲面，而這些虛擬曲面彼此相互連續(xù)。噴槍的運動是根據噴涂路徑而指定的，例如圖11中的說明。 通過這個和圖10所示，可以看出噴涂路線遵循指定方向和虛擬曲面的平面位置。噴涂工藝指定了執(zhí)行多少必須沿著噴涂路徑噴涂行程，并指定了哪些噴涂參數應用于這些沖程中的每一個行程。 4.結論及展望 一種對系列化未知零件的自動噴涂方法已被提出。這種方法在噴涂單元的前面使用了傳感單元，而噴涂單元處可以獲得零件的幾何形狀。從零件的幾何特征提取出工藝相關特征，找出相應的噴涂路徑，分組得到最優(yōu)噴涂軌跡。最終生成無碰撞機器人運動軌跡和可執(zhí)行機器人程序。 所有的步驟都是自動的，不需要任何操作人員的干預。個性化的工具（特征檢測器、軌跡規(guī)劃器、噴槍規(guī)劃器）存在于原型版本中。在工業(yè)客戶中的首次實施表明了該方法是可行的。掃描零件，自動生成機器人程序，使用常規(guī)的微機技術其速率為每分鐘一個零件。 目前只有凸形零件可以自動噴涂，盡管L形零件也可以。復雜凹形結構，例如圖15中載重汽車的地盤是不能夠自動噴涂的。 人們計劃提高曲面噴涂工藝，即使用機器人內置式傳感器掃描用固定傳感器而不能看見的零件部分。另一個拓展將會用于實施“示教”除已有幾何特征的其它特征。 盡管該項目主要是為了實現機器人噴涂，但提出來的“逆向法”可以應用于在表面處理領域上的大范圍工藝中獲取工藝運動。這種方法有望應用的工藝例子有：粉末噴涂、液體洗滌和清洗（包括高壓清洗）、物理接觸式洗滌和清洗工具與零件之間的部分、脫脂、噴砂、拋光、密封、研磨、去毛刺和膠合。 - 5 - 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 噴涂機器人設計—大臂系統(tǒng)設計 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) √ 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績評定： 良 所在專業(yè)意見： 負責人： 2010 年5 月 8 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 系： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 學 號： 設計(論文)題目： 噴涂機器人設計 　 —大臂系統(tǒng)設計 起 迄 日 期: 2010年 2 月 24 日 ~ 6 月 5 日 設計(論文)地點: 指 導 教 師: 專業(yè)負責人: 發(fā)任務書日期: 2010 年 2 月 23 日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內填好并發(fā)給學生； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號； 5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—2005《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 　 通過畢業(yè)設計的鍛煉,學會綜合運用所學的知識和技能進行實際工程問題的分析、綜合及設計。培養(yǎng)調查研究、中外文獻檢索與閱讀的能力; 掌握定性與定量相結合的獨立研究與論證的能力; 熟練掌握設計、計算及繪圖的能力; 鍛煉文字與口頭表達能力; 掌握撰寫設計說明書的能力。并且能設計出合乎實際要求的噴涂機器人機械系統(tǒng)。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 技術要求： 自由度數： 5 負載重量： 2 kg 運動范圍： 機身 ±110o 大臂 前俯30o,后仰10o 小臂 俯仰±30o 腕轉 ±110o 腕擺 ±110o 工作空間： 2600╳1200╳900 m 噴槍最大工作速度： ≥0.6 m/s 控制方式： 開環(huán)連續(xù)軌跡控制 重復定位精度： ±3~±6 mm 示教方式： 手把手CP示教 工作要求： （1）完成總體方案的論證設計； （2）完成大臂系統(tǒng)的設計； （3）繪制總裝圖、部件圖和零件圖；（4）撰寫設計說明書。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： (1)開題報告(含文獻綜述) ：3,000 漢字以上； (2) 外文資料翻譯 ： 3,000 漢字以上； (3)總體裝配圖： 1 張； (4) 部件裝配圖： 1張； (5)主要零件圖： 若干張 (總圖數約合3張0號圖)；(6)畢業(yè)設計說明書,字數不少于10,000字,并附有200~300漢字的中文摘要及相應的英文摘要。 4．主要參考文獻： [1] （日）渡邊茂. 產業(yè)機器人的應用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1986. 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[15]（日）日本機器人學會. 新版機器人技術手冊[M]. 北京：科學出版社，2007. 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2010年 2月24 日～ 3月18 日 3月 19 日～ 3月25 日 3月 26 日～ 3月31 日 4月 1日～ 4月 7 日 4月8 日～ 4月20日 4月21日～ 4月30 日 5月 1日～ 5月10日 5月11日～ 5月17日 5月18 日～ 5月25日 5月26 日～ 5月31日 6月 1 日～ 6月5日 完成文獻綜述、開題報告、外文資料翻譯 總體方案論證 工作空間設計 運動參數設計、計算 動力參數計算、結構設計 繪制總裝配圖 繪制部件裝配圖 繪制相關零件圖 撰寫、提交設計說明書 修改設計說明書，準備答辯 畢業(yè)答辯 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系意見： 系領導： 年 月 日 南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)前期工作材料 學生姓名: 學 號： 系： 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 設計(論文)題目: 噴涂機器人設計 —大臂系統(tǒng)設計 指導教師: (姓 名) (專業(yè)技術職務) 材 料 目 錄 序號 名 稱 數量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2010 年 3 月 注：畢業(yè)設計（論文）中期檢查工作結束后，請將該封面與目錄中各材料合訂成冊，并統(tǒng)一存放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。 南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 噴涂機器人設計 —大臂系統(tǒng)設計 指 導 教 師: 2010年 3 月 19 日  開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 噴涂機器人是一種典型的涂裝自動化裝備，廣泛的運用在自動化生產領域中，在工業(yè)制造業(yè)中扮演了重要的角色。本文歸納了噴涂機器人在自動化生產中的關鍵問題，介紹了噴涂機器人的發(fā)展歷史和發(fā)展現狀，同時指出了噴涂機器人的有關不足之處，在此基礎上對噴涂機器人在自動化生產中的發(fā)展前景進行了展望。 關鍵詞 噴涂機器人 自動化生產 示教 離線編程 噴涂軌跡優(yōu)化 1 引言 對于諸如汽車、家電及家具等產品，其表面的噴涂效果對質量有非常大的影響。噴涂作業(yè)中采用噴涂機器人可以提高產品質量和穩(wěn)定性，減少涂料和能源的消耗，避免了人工噴涂時工人始終處于有毒環(huán)境而造成急性或慢性中毒，提高了勞動生產效率[1]。因此，噴涂機器人在制造業(yè)中的應用越來越得到人們的重視。 而隨著制造業(yè)的發(fā)展，對制造的柔性要求越來越高，噴涂機器人由于其柔性大、工 作范圍大的特點被應用于現代柔性制造業(yè)中。噴涂機器人及其柔性控制系統(tǒng)的研究和發(fā) 展，對于降低生產成本、提高生產質量、強化企業(yè)的競爭力具有深遠的影響。 2 噴涂機器人的發(fā)展歷史 所謂噴涂機器人，就是一個擁有5個或更多自由度的比較復雜且能快速自動實現噴涂的運動機構，它由操作機、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成[2]。國際上將機器人應用到噴涂領域已有四十幾年的歷史，最早將機器人技術應用于噴涂的有美國的MINIHIT公司、FUDGE公司、德國HATEL公司等[3]。 早期的噴涂機器人采用示教模式工作。但隨著工業(yè)的發(fā)展和所加工表面越來越復雜，這種工作方式存在著任務改變即需重新示教、復雜運動軌跡難用示教方式實現和運動軌跡規(guī)劃失誤導致碰撞情況發(fā)生的問題[4]。面對這些問題，人們開始研究噴涂機器人的離線編程。機器人離線編程利用計算機圖形的成果，建立幾何模型再進行編程，并生成一些代碼，然后對編程的結果進行三維圖形動畫仿真，以檢測編程的正確性，最后生成代碼傳到機器人控制柜，以控制機器人運動，完成給定任務[5]。在離線編程的基礎上，人們以平面和規(guī)則曲面為作業(yè)對象，對噴涂機器人的噴涂軌跡進行優(yōu)化[6]。對于自由曲面，研究人員采用“bounding box”法和分段常函數來進行目標優(yōu)化。 縱觀噴涂機器人這幾十年的發(fā)展，其經歷了三次變革：第一次發(fā)生在1988年，從液壓傳動變成電傳動，第二次變革是從簡單的動作控制到過程控制，第三次變革是從2000年之后，利用電腦軟件控制機器人，實現為客戶定制機器人，比如可以控制機器人噴漆時的空氣流量和油漆流量、噴涂范圍和形狀以及噴涂的色彩種類等等[7]。 3 噴涂機器人的發(fā)展現狀 目前，噴涂機器人主要生產商有日本的FANLUC、川崎、安川、松下、德國的KUKA、 CLOOS、瑞典的ABB、意大利的SACHMAN RAMBAUDI及奧地利的工GM公司。 噴涂機器人的離線編程技術現已比較成熟，其編程技術已普遍應用于機器人噴涂[8]。 而噴涂機器人智能上也有較大的發(fā)展，歐盟曲面噴涂項目已實現了對凸形零件的自動 噴涂[9]。 在我國，噴涂機器人主要運用于汽車制造業(yè)。靜電噴涂、等離子噴涂、冷噴涂等噴 涂技術應用于噴涂機器人上，使其噴涂質量有了一定的提高[10,11]。而近些年開發(fā)出的柔 性仿形自動噴涂系統(tǒng)，使噴涂機器人在汽車生產中越來越高效、高自動化[12]。 隨著ABB公司開發(fā)出了小型IRB52噴涂機器人,使噴涂機器人被用于消費類電子產 品（蘋果公司的IPOD）的噴涂[13]。繼噴涂機器人用于消費電子產品的噴涂，其也逐 漸被包裝業(yè)、建筑業(yè)等行業(yè)使用。除了在工業(yè)上的應用，噴涂機器人還被用于軍事上， 聞名于全球的F-22飛機就是運用噴涂機器人對機身實施噴涂的[14]。 雖然噴涂機器人技術上的發(fā)展已達到很高的水平，但其還存在著一些問題，如復雜 曲面噴涂上的自動化難以實現，控制器的開放性差，軟件獨立性差，噴涂裝置還不夠小 型化等。 4 噴涂機器人的未來趨勢 隨著機器人生產商為客戶定制機器人，噴涂機器人需在以下幾個方面進一步發(fā)展， 以滿足越來越多客戶的使用需求，使噴涂機器人的應用范圍更為廣泛。 （1）為客戶提供更加完整的解決方案，設計出超越客戶所提要求的機器人。 （2）研究和發(fā)展噴涂裝置的小型化，以滿足越來越多如消費類電子產品等小型零 件的噴涂和特殊環(huán)境下的噴涂。 （3）開發(fā)開放式結構機器人控制器，使用戶可以方便的擴展和改進其性能。 （4）實現噴涂機器人的模塊化，使其方便安裝和維護，并且緊湊可靠[15]。 （5）優(yōu)先考慮“系統(tǒng)發(fā)展方式”，實現噴涂機器人與外界設備的互聯和協(xié)調工作， 并制定機器人語言規(guī)范，特別是動作級的編程語言規(guī)范[16]。 （6）大力研究開發(fā)對復雜自由曲面進行無人干涉的全過程自動噴涂的智能噴涂系 統(tǒng)。 5 結論 噴涂機器人作為自動化生產中的一種柔性涂裝裝備，其產生和發(fā)展使現代工業(yè)噴涂 作業(yè)在一定程度上實現了自動化。對于噴涂機器人編程、控制系統(tǒng)等方面的研究和開發(fā)， 使其運用于現代工業(yè)生產中的多種行業(yè)。噴涂機器人的技術發(fā)展至今還未成熟，在現實 運用上還有一定的限制。但隨著人們對噴涂機器人技術的深度研究開發(fā)，必定能突破現 狀，讓其在現代自動化生產中更為廣泛的運用。 參 考 文 獻 [1] 劉鶇根，張鐵，陳世健，謝存禧. 基于 IPC 和PMAC 的噴涂機器人控制系統(tǒng)[J]. 微計算機信息，2008,（26）：24-26. 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[16] 蔣新松. 未來機器人技術發(fā)展方向的探討[J]. 機器人，1996,(5)：285-291.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1）.本課題研究的問題 本課題設計的是噴涂機器人的總體方案以及大臂系統(tǒng)的結構，結合噴涂機器人有 關技術要求，主要研究的問題有結構型式、自由度數、平衡方式、驅動方式、傳動方式 的確定。 2）.本課題擬采用的研究手段 根據以上要研究的問題及技術要求，擬采用的研究途徑如下： （1）結構型式 工業(yè)機器人的坐標形式直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節(jié)坐標型和平面 摜節(jié)型。本課題噴涂機器人采用的是關節(jié)坐標型，因為采用關節(jié)坐標型，結構最緊湊， 靈活性大，占地面積最小，工作空間最大，避障性好，便于實現連續(xù)軌跡控制。 （2）自由度數 在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）需要六個自由度。但是，工 業(yè)機器人的自由度是根據其用途而設計的，本課題噴涂機器人機身、大臂、小臂的三個 自由度實現位置移動，腕部的旋轉和擺動兩個自由度實現姿態(tài)的變化，所以最終有五個 自由度。 （3）平衡方式 機身和臂部的運動較多，質量較大，運動狀態(tài)變化時將產生沖擊和振動，影響機器 人的精確定位，需要進行動力平衡。常見操作機臂桿的平衡技術有四種，及質量平衡 法、彈簧平衡法、氣動或液壓平衡法和采用平衡電機。本課題中采用彈簧平衡，其結 構簡單，通過適當改變彈簧的長度和剛度的修正即可達到所需平衡要求。 （4）驅動方式 電氣驅動是目前在工業(yè)機器人中用得最多的一種，可分為步進電機驅動、直流伺服 電機驅動和交流伺服電機驅動三種形式。步進電機驅動一般用在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，這種 系統(tǒng)沒有位置反饋裝置，控制精度相對較低。交、直流伺服電機用于閉環(huán)和半閉環(huán)伺服 系統(tǒng)中，控制精度很高。本課題中采用開環(huán)控制且控制精度相對較低，因此采用步進電 機驅動方式。 （5）傳動方式 工業(yè)機器人的傳動系統(tǒng)要求結構緊湊、重量輕、轉動慣量和體積小，要求消除傳動 間隙，提高其運動和位置精度，一般傳動裝置有齒輪、蝸桿傳動、鏈傳動、滾珠絲杠、 諧波齒輪等。直齒輪傳動是傳動機構中最常見的形式，在機器人中得到了廣泛的應用， 其瞬時傳動比恒定、工作平穩(wěn)性較高、傳動效率高、結構緊湊。本課題中噴涂機器人的 精度不是很高，擬采用直齒輪傳動機構。為了減小齒輪傳動空回，提高運動精度，需提 高齒輪及相關零件的精度和采用各種傳動間隙調整機構。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 文獻綜述查閱了較多、較新的國內外文獻資料，概括了國內、國外噴涂機器人的發(fā)展現狀以及未來趨勢，對課題研究有一定參考意義。綜述條理清楚、語句通順，格式符合規(guī)范。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 該課題擬從事噴涂機器人的總體方案設計及大臂系統(tǒng)的設計，具有一定的深度和廣度，工作量適中，經過該同學的努力工作、認真設計，預估能夠完成規(guī)定的畢業(yè)設計任務，取得較好的設計結果。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 - 10 - 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 學 號： 系: 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 噴涂機器人機械設計 ─大臂系統(tǒng)設計 副教授 指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 本課題設計了一種經濟型噴涂機器人，可應用于汽車車身噴涂等涂裝生產線中。該機器人由步進電機驅動，采用關節(jié)型坐標結構，具有五個自由度，其工作空間范圍為2600×1200×900。機器人機身采用齒輪傳動，上下臂用滾珠絲杠和搖桿機構傳動，手腕采用鏈傳動和齒輪傳動。機器人的控制方式為開環(huán)連續(xù)軌跡控制，采用手把手CP示教的方法示教。本文的設計重點是噴涂機器人的大臂系統(tǒng)，其大臂系統(tǒng)主要是指機械系統(tǒng)，并不包括控制系統(tǒng)。本設計包括大臂系統(tǒng)材料的選定，截面形狀的確定，外形結構的確定和驅動-傳動裝置的設計計算選擇以及彈簧平衡的計算。 關鍵詞 噴涂機器人 大臂系統(tǒng) 步進電機 手把手CP示教 滾珠絲杠 畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要 Title Design of a Spray Coating Robot ——Design of the Big-arm System Abstract This topic has designed one economy spray coating robot, may apply in the automobile body spray coating and so on paints in the production line. This robot by step-by-steps the motor-driven, uses the joint coordinates structure, has five degrees of freedom, its working space scope for 2600×1200×900.The robot fuselage uses the gear drive, on the forearm with the ball bearing guide screw and the rocker mechanism transmission, the skill uses the chain drive and the gear drive. The robot control mode for the split-ring continual trajectory control, uses hand in hand the CP demonstration method demonstration. This article design key point is the spray coating robot big arm system, his/her the big arm system mainly refers to the mechanical system, not including control system. This design including big arm system material designation, section shape determination, contour structure determination and actuation pneumatic actuator design calculation choice as well as spring balance computation. Keywords Spray coating robot Big-arm system Step motor Teaching by hand Ball screw