2.3机械臂性能指标与要求

喷涂机器人要安装在大型液压展臂上，用于完成超大分段船体的自主喷涂等操作任务，整个液压展臂置于移动车体上完成移动操作任务。根据液压展臂的运动灵活性差、定位精度差和负载固定的特点，为弥补液压展臂的这些缺点，根据液压展臂的己有条件，提出末端轻量化喷涂机械臂的性能指标，如表2-1所示。 2.4机械臂构型设计 2.4.1机械臂自由度的配置 一般来说，喷漆机械臂由臂部和腕部组成，臂部是由腰转关节、肩关节、大臂、月寸关节、小臂组成。腕部主要用来改变末端操作器的空间位置，臂部决定机械臂末端的位置。从机构学的方面来说，由转动副R和移动副S构成的手臂有8种组合情况:3S、SSR、SRS、RSS、SRR、RSR、RR、3R。目前常见的机械臂结构形式如图2-2所示: 不同的机械臂构型，具有不同的运动与控制特点，通常机械臂构型的选择需要根据实际对机械臂的工作空间、运动灵活性、控制的难易程度来进行构型的选择。 需要设计的喷漆机械臂要求具有灵活度高、结构紧凑、精度较高、自重轻，负载能力较大的特点。旋转关节相对于平移关节来说，具有上述各种优点，且关节易于密封和防尘，符合本课题喷涂机械臂的性能要求与防爆要求，综合考虑，最终确定机器人构型为3R关节型。 2.4.2基于喷涂效率的臂长优化设计 对于六自由度喷涂机械臂，机械臂底座的作用是固定机器人在水平面内的位置，对机器人工作空间的截面形状无影响，三自由度手腕的作用主要是调整机械臂末端的姿态，对工作空间的影响很小，因此可以认为机械臂的工作空间基本是由大臂与小臂的长度决定的，工作空间如图2-3。 对船体外表面进行分块处理，分块的大小以喷涂机械臂小臂长度为标准，根据喷涂机械臂的小臂长度与分块边长的关系，考虑到实际机械臂的长度对机械本体重量与关节力矩的要求，小臂长度应控制在1.5m以内。 简化喷涂过程中小臂与分块的空间位置关系如图2-4所示，从而确定分块边长为 方案一中，液压展臂末端首先定位到分段船体的1号区域，轻量化喷涂机械臂完成区域喷涂后，液压展臂移动到2号区域，依次完成竖直方向的1、2、3号的喷涂，然后液压展臂末端移动到4号位置，依次完成竖直方向4、 5、 6号的喷涂。 方案2中，液压展臂末端定位到1号区域完成该区域的喷涂，然后液压展臂依次定位到2、3、4、5、6区域，完成船体分段水平方向的喷涂。 方案三中，液压展臂举升到喷涂高度后，移动平台水平移动，在此过程中依靠喷涂机械臂调整喷涂位置。 方案四中，移动平台移动到位置1后，通过液压展臂与转动平台的运动定位到其工作空间的区域，依靠轻量化喷涂机械臂完成1、2、3、4、5、6区域的喷涂。 根据以上参数可确定各个方案在喷涂长20m，高l0m的船体所需要的时间t。 喷涂机器人根据上述四种方案的工作效率公式，可得如图2-6所示的小臂长度与喷涂时间之间的关系。从图中可以看出随着小臂长度的增大，方案1、3、4所需喷涂时间逐渐缩短，方案1时间缩短地最快，方案3次之，方案4时间缩短最J漫。方案2所需喷涂时间与小臂长度无关。当小臂达到1000mm时，喷涂时间减小己经不明显，整体来看，方案1的喷涂效率最高，故大臂的轨迹采用方案1，考虑到末端喷枪的安装长度与机械臂手腕的长度，最终确定小臂长度为850mm。

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