摘 要摘 要近些年来，工业机器人行业得到了迅猛发展，机器人的种类也越来越多，机器人的功能也越来越好。唯独在家装行业来说，目前国内外应用的家装机器人很少很少，在这个领域基本上是空白的。现代的家装技术还是主要靠人工来喷涂，一方面，人工喷涂的效率低下，在质量上，喷涂的涂层一般都是由工人师傅的经验来把握，尽管许多师傅的技术娴熟，但是也很难保证整个涂层的均匀性，不仅如此，装修行业的老师傅也在逐渐减少，这就导致行业内的许多师傅的技术水平差距很大，装修质量得不到保证，另一方面，家装的工作环境很差，粉尘污染以及气味污染都对人体有着很大的伤害，严重威胁着家装工人的健康。因此，设计一款机器人去代替传统的工人人工操作就显得尤为重要。家装喷涂机器人可实现装潢的质量好，表面喷涂的均匀一致，还节省了大量人的人力物力，大大提高了工作效率，在家装行业有着广泛的应用前景。针对上述问题，本文在基于工业机器人的基础上，设计了一种适用于家装行业的喷涂机器人，其行走机构不同于传统的履带式行走机构，采用的是麦克纳姆轮式行走机构，来实现在狭小空间内的全方位移动。不仅如此，在移动平台上还采用了模块化的设计理念，使得喷涂机构不仅仅能搭载这一种喷涂机构，而是能适应不同坏境下的喷涂工作。整个机器人的的工作都有着监管系统来控制整个喷涂过程，保证了喷涂的质量以及效率，并且具有良好的可操作性。首先，我们分析研究了目前在家装行业的情况以及国内外对于此领域的研究，根据现有的工作需求提出了相应的设计架构，关键结构的设计参数，并且设计了整个机械结构原理的模型。然后，具体分析了家装喷涂机器人的机械结构，仔细分析了麦克纳姆轮在运动时的运动状态，并且研究了电机的选取和驱动器的型号，为实物样机的制作打下了坚实的基础，接着根据所需要的功能设计合适的电控系统，搭建控制系统合驱动系统，并根据实物实验情况，完善其控制系统，并检测其电控系统的稳定性。最后，测试机器人的移动特性，对移动和喷涂进行稳定性验证，进一步提高整个机器人的工作的安全可靠，为喷涂机器人的 进一步研究打下了扎实的基础。关键词家装喷涂机器人；麦克纳姆轮；全方位移动
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的及意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 选题的意义 1
1.2 国
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内外研究现状及存在的问题2
1.3 本文研究内容 6
第二章 家装喷涂机器人的总体方案设计 8
2.1 家装喷涂机器人全向移动的设计要求 8
2.2 家装机器人的机械系统方案设计10
2.2.1机械系统的设计原理 10
2.2.2 设计方法 10
2.2.3 移动平台方案设计11
2.3 本章小结 17
第三章 家装喷涂机器人的移动平台设计 19
3.1 家装喷涂机器人的总体要求 19
3.2 驱动系统设计 19
3.2.1 动力参数19
3.2.2 电机的选型22
3.3 电机驱动方案23
3.3.1 驱动器的型号选取23
3.3.2 驱动器引脚24
3.4 本章小结25
第四章 家装喷涂机器人的运动分析 26
4.1 机器人的运动姿态分析 26
4.2 关键零部件的力学分析 31
4.2.1 电机转轴的ANSYS分析 31
4.2.2 上底板的ANSYS分析 33
4.3 本章小结34
结 论 35
致 谢 37
参考文献 38
绪论
1.1 选题的目的及意义
1.1.1 课题的研究背景
现代产业中几乎所有的物品都需要表面喷漆处理，家装行业更是需求最多的地方。现在的喷涂产业主要有以下缺点：一是施工人员的劳动强度大、工人的工作效率低、在一些大型的施工场合就很难快速的完成施工；二是喷涂质量得不到保证，均匀性也不好，造成的资源浪费也很多；三是喷涂质量完全是由人工经验控制。特别是喷漆有毒性，对身体有一定影响，对喷漆工人危害极大。在室内装修的作业中，墙体的占的面积最大，所以也是整个施工中比较重要的部分，因此墙面的装修质量决定着整个作业的质量。目前国内装修公司大部分还采用辊刷滚涂的方式，这种工作方式不仅成本低，施工工作也相对简单，但施工中还是容易出现一些问题，比如：辊痕、质量得不到保障、喷涂表面不够光滑致密。除此之外，还有一些高端的喷涂设备，其原理是通过细小的喷嘴来进行喷射，当涂料经过喷嘴时，由于喷嘴的压强比较大，是液态的涂料被雾化再进行喷射，这样一来，喷涂效率就得到了提高，喷涂质量好，节省涂料的同时大大降低了施工成本，成为少部分装修公司的选择。有报告指出，目前，中国的家装行业里大约有20万家装修公司，而装修工人的年龄大部分在50岁以上，且很少有年轻劳动力注入，装修公司面临“青黄不接”的尴尬处境。
1.1.2选题的意义
机器人不仅可以人工来操作，还可以事先输入程序来运行。它的作用就是解决一些人类工作中效率不高或者人类完成有难度的一些工作。喷涂机器人是目前比较常规的一种工业机器人，在一些汽车厂或者一些工厂的喷涂车间经常看到，应用十分广泛。喷涂机器人的主要作用就是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料，最早在上个世纪60年代，第一台喷涂机器人就在挪威发明了。喷漆机器人主要由机器人的机械部分、单片机以及控制系统组成[1]。在工厂中所采用的喷涂机器人大多数采用5或6自由度关节式结构，机器的工作面积很大，还可以模仿人的手臂，进行很多组合运动，普通的机械臂的腕部大多数都是有3个自由度，这样就可以保证手部的运动[2]。在一些国外的较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，这种柔性结构的机械臂可以在空间内活动更方便，效果更好，又可转动，其发明灵感就是来源于人的手腕，这样一来机械臂能方便地通过较小的孔伸入工件内部，对以前比较难解决的零件内部喷涂的问题也得到了很好的解决。喷漆机器人一般采用液压驱动，安全性比较好，应用也很方便。喷漆机器人广泛用于汽车制造、大型电器的外部装饰、自行车制造、铝制品罐头的表面加工等工艺生产部门。

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