2.4.3手腕构型的设计

课题所设计的机器人用于超大船体外表面喷涂，由于船体曲面的不均一性，需要喷涂机械臂的末端可以达到任意姿态和位置，始终保持喷枪与船体曲面垂直，因此确定所设计得喷漆机器人为六个自由度。 目前应用到工业机器人上的手腕主要有斜交式和汇交式两种，如图2-7所示，其中a、b构型的工作空间相同。考虑到船舶喷涂曲面的不均一性，需要腕部具有较好的灵活性和较大的工作空间，给定相同的杆长，绘制手腕构型a、b和构型c的工作空间，如图2-8和图2-9所示。 从图2-8和图2-9可以看出，构型c的工作空间远大于构型a、b的工作空间，故采用斜交式腕部结构，在相同的腕部长度下，具有更大的工作空间。 2.4.4肩关节偏置距离设计 影响机械臂工作空间大小的还有第二关节的偏置大小。目前常见的机械臂第二关节的配置方式分为非偏置式与偏置式，非偏置的配置方式可以优化第二关节连接件的受力状况，受力变形量小，刚度要求低。但第二关节的偏置式配置可以提高整个机械臂的工作空间，但关节的偏置会使关节连接件所受扭矩增大，给结构强度提出更高的要求。常见的第二关节的偏置形式如图2-10所示。 在分析机器人而第二关节偏置对机械臂整个工作空间的影响时，可将整个机械臂的工作空间简化为机械臂大臂与小臂在二维平面内的可达区域绕第一关节旋转得到的空间区域，如图2-11所示，机械臂为非偏置形式时工作空间为S,机械臂为偏置形式时工作空间为Sz，从图中可以看出第二关节偏置后机械臂工作空间明显增大。 从式(2-9 )可知，当臂杆长度一定时，关节2偏置式的工作空间比非偏置大，且偏置量a决定了偏置后额外获得机械臂工作空间的大小，机械臂偏置后增加的工作空间体积为V，则 通过上述分析，喷涂机器人的工作空间的大小除了与机械臂的大小臂的尺寸相关，还受到第二关节偏置量大小的影响。上述简化模型能够间接地反映出第二关节偏置对整个工作空间的影响，理论上在相同的大小臂长度下，偏置量越大，机械臂的工作空间越大，而机械臂的偏置量的增大对减速器刚度与关节连接件刚度提出了更高的要求。虽然上述分析忽略了一些实际状态，在理想工作空间的基础上进行分析，但对完成肩关节的偏置量设计有重要指导意义。

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