第4章机电执行系统设计
4. 1系统需求分析 喷涂机器人开始进行喷涂作业，在依靠防盗门外形检测技术生成外形标准化文件并上传之后，喷涂机器人开始进入喷涂路径轨迹规划阶段。喷漆路径规划是喷漆机器人实现喷漆自动化的核心，体现了机器人的智慧。路径规划的实现，需要综合专家知识、优化技术、运动控制技术等，结合机械运动的连贯性分析，以节约用漆，优化运动为目标，最后形成最佳喷漆路径。路径规划其主要内容包括:喷枪移动的X-Y坐标轨迹;喷枪角度控制参数;喷枪喷漆控制参数;各轴运动速度控制要求等。 然而，喷涂路径的轨迹规划针的对象为喷枪枪头的油漆喷射点，且根据防盗门企业喷涂现场的喷漆方式分析，喷枪还需对防盗门或门框进行正面、侧面等多维度喷涂。 针对此过程分析，故在机电执行系统设计中，其主要需求有: (1)喷枪能进行多维度多平面喷涂作业; (2)运动机构能灵活进行切换多作业面工作以及在大幅喷涂过程中进行平稳快速的往复运动等。 4. 2机械与电气结构设计 针对喷涂机器人多平面快速喷涂，设计机电系统结构由X-Y Z空间位置控制与喷枪转角控制系统构成。 根据需求分析，喷涂机器人其主要技术指标为: (1) 空间位置有效行程：X轴为3000mm，Y轴为1500mm，Z轴为300mm； (2) 喷枪转角有效行程：手腕2自由度均为-180~180度； (3) 最大速度要求：X轴为1000mm/s；Y轴，5000mm/s； (4) 精度要求：±5mm； (5) 机构负载：40kg。 4. 2. 1机械结构设计 机械结构的确定是整个系统设计的首要任务，它的选取直接决定了后续系统设计以及软件的方向。喷涂过程中，主要针对防盗门正面进行大幅度喷涂以及防盗门侧边的斜对向小幅快速喷涂。故对喷涂机器人机械结构设计中，其系统结构由X-Y-Z空间位置机构与喷枪转角位置机构构成。空间位置机构对喷涂作业范围进行定位，喷枪转角位置对喷枪的姿态和朝向进行控制。通过三自由度空间位置机构与二自由度转角位置机构实现对防盗门不同工作面 的快速往复喷涂。 具体总体机械结构设计如图4.1所示: