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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程與自動化
姓 名：
學(xué) 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(dǎo)教師評語：
譯文基本準(zhǔn)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(dá)習(xí)慣，翻譯質(zhì)量教好。但是，個(gè)別專業(yè)術(shù)語翻譯不準(zhǔn)，一些句子表達(dá)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(chǎn)零件的機(jī)器人自動噴漆
摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器和工藝處理能力可全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)任務(wù)上的自動機(jī)器人編程。本文對歐盟曲面噴涂項(xiàng)目做了闡述，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)出一種自動生成未知零件噴涂的機(jī)器人程序方法。其解決方案采取了四個(gè)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(jī)器人程序。在工業(yè)伙伴展示中顯示出了它的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：自動機(jī)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(xiàng)目的目的在于實(shí)現(xiàn)小批量多品種零件噴涂的自動機(jī)器人編程。由于機(jī)器人程序是根據(jù)每個(gè)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(jī)器人噴涂在大批量規(guī)模生產(chǎn)上是經(jīng)濟(jì)可行的。該項(xiàng)目的目的是提供在大部分零件（見圖1）的噴涂中使用機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)可能性。其目標(biāo)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(shù)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(wù)的方法。一種可能的解決方案是利用CAD數(shù)據(jù)計(jì)算噴涂的路徑并測量實(shí)際的零件位置。然而，三維CAD數(shù)據(jù)往往不充分，因此這種方法只限于少數(shù)的應(yīng)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(shù)據(jù)。
該方法是自動從距離傳感口數(shù)據(jù)得到機(jī)器人的噴涂路徑并自動生成可行的、完整的、可執(zhí)行的機(jī)器人程序。這種方法用來處理廣泛范圍的零配件，例如電機(jī)齒輪、框架零件（車鏡、板、管等）或大型壓縮機(jī)油箱。對于每個(gè)工業(yè)客戶零件系列是已知的（包括多達(dá)70個(gè)變種）。其目標(biāo)是能夠噴涂沿著傳送帶傳送的任何次序零件。該技術(shù)的挑戰(zhàn)是檢測傳送帶上零件的幾何形狀，根據(jù)零件的幾何形狀自動推斷出機(jī)器人的噴涂軌跡并自動生成無碰撞機(jī)器人程序。
1.1相關(guān)工作
相關(guān)工作是自動生成一個(gè)三維噴涂路徑，這已在SmartPainter項(xiàng)目中進(jìn)行了嘗試。噴涂的運(yùn)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(yùn)動和折疊后的曲面，讓噴涂的運(yùn)動按照這個(gè)折疊曲面而運(yùn)動。然而，這種方法只適用于當(dāng)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(jìn)機(jī)器人技術(shù)”取得的專利技術(shù)采用了二維數(shù)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(jī)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(wǎng)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(gè)產(chǎn)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(jié)構(gòu)（冷卻肋板），圓柱形表面（典型的如馬達(dá)）和腔體（典型的如空心結(jié)構(gòu)或要獲取剛度結(jié)構(gòu)）。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(dá)，例如圓筒、球形、和箱體。根據(jù)初等幾何，這項(xiàng)技術(shù)目標(biāo)變成了指定這些初等幾何用于幾何方法檢測，實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃的可開發(fā)，在應(yīng)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(shù)參數(shù)是根據(jù)觀察到的零件幾何結(jié)構(gòu)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(gè)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(jìn)行噴涂。更為復(fù)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(guān)。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(dāng)工件在傳送帶上運(yùn)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(diǎn)數(shù)據(jù)。掃描由輸送機(jī)的實(shí)際零件的運(yùn)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(dá)700每秒的掃描速度。如圖4所示，這是通過標(biāo)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(gè)例子，零件與框架一起被測量并且零件的數(shù)據(jù)被自動提取。對于每一個(gè)檢測的零件，所有其他工藝步驟都是單獨(dú)執(zhí)行的。最后，如果零件相互靠得近，較大機(jī)器人的噴涂運(yùn)動是從一次行程噴涂多個(gè)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(wù)。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(guān)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(zhì)，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(jìn)行特征定義。因此需要一個(gè)通用方法進(jìn)行特征檢測。
圖6總結(jié)了已開發(fā)的圖像處理過程。采用被分割成單個(gè)部分的標(biāo)定圖像并且通過具體過程來檢測三種基本特征，這個(gè)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(jié)構(gòu)被檢測出后，所有剩余的零件表面將被認(rèn)為是自由曲面。腔體被定義為一個(gè)表面點(diǎn)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(gè)彈健的方法來處理距離數(shù)據(jù)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(diǎn)法被發(fā)現(xiàn)的腔體還包括傳感器陰影的潛在區(qū)域。這一點(diǎn)對于在噴涂工藝中檢測整個(gè)腔體區(qū)域很重要。腔體然后表示為網(wǎng)格，以涵蓋整個(gè)開放的腔體。圖7顯示了完整零件的網(wǎng)格表示。開放的腔體用黑網(wǎng)表示。網(wǎng)格表示也有它的好處，它可以顯著減少數(shù)據(jù)使噴涂軌跡的自動生成速度快。
圖7表明了噪音容錯(cuò)方法的缺陷。最終的網(wǎng)格在表示兩個(gè)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(jīng)在開發(fā)中。
肋狀部分是用最少數(shù)量等距平行線而定義的。邊緣檢測后，原始的直線段根據(jù)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(jìn)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(shù))，并用來分類肋板結(jié)構(gòu)。圖8給出了一個(gè)分組結(jié)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(jù)每個(gè)初等幾何計(jì)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(jié)果是一個(gè)完整的噴槍噴涂軌跡。另外生產(chǎn)噴涂軌跡模塊如圖2所示，它指定一個(gè)滿足期望噴涂質(zhì)量的噴槍軌跡。在該模塊中，只有噴槍的運(yùn)動被認(rèn)為與工藝質(zhì)量有關(guān)。對機(jī)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(yùn)動軌跡，這個(gè)模塊使用了幾何庫和工藝庫。幾何庫為每一個(gè)幾何基元指定了一個(gè)或多個(gè)噴涂步驟，這些步驟可以應(yīng)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(yùn)動適應(yīng)所噴涂表面以獲得良好工藝要求。工藝庫是通過實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jī)器人運(yùn)動不能沿著零件表面。該系統(tǒng)將嘗試使用面向少數(shù)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(gè)由不同規(guī)格的三角形曲面構(gòu)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(guān)。每一個(gè)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(gè)零件表面。如果不同的幾何基元隨著表面呈現(xiàn)出來，系統(tǒng)將會嘗試去建立連續(xù)噴槍運(yùn)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(yùn)動是根據(jù)噴涂路徑而指定的，例如圖11中的說明。
通過這個(gè)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(shù)應(yīng)用于這些沖程中的每一個(gè)行程。
4.結(jié)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(guān)特征，找出相應(yīng)的噴涂路徑，分組得到最優(yōu)噴涂軌跡。最終生成無碰撞機(jī)器人運(yùn)動軌跡和可執(zhí)行機(jī)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(yù)。個(gè)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(shí)施表明了該方法是可行的。掃描零件，自動生成機(jī)器人程序，使用常規(guī)的微機(jī)技術(shù)其速率為每分鐘一個(gè)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(fù)雜凹形結(jié)構(gòu)，例如圖15中載重汽車的地盤是不能夠自動噴涂的。
人們計(jì)劃提高曲面噴涂工藝，即使用機(jī)器人內(nèi)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(gè)拓展將會用于實(shí)施“示教”除已有幾何特征的其它特征。
盡管該項(xiàng)目主要是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人噴涂，但提出來的“逆向法”可以應(yīng)用于在表面處理領(lǐng)域上的大范圍工藝中獲取工藝運(yùn)動。這種方法有望應(yīng)用的工藝?yán)佑校悍勰﹪娡?、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(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)—大臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(wù)書
有
√
無
開題報(bào)告
有
√
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
√
良
中
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
√
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
√
慢
中期工作匯報(bào)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(fù)責(zé)人：
2010 年5 月 8 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動化
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)
—大臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2010年 2 月 24 日 ~ 6 月 5 日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
發(fā)任務(wù)書日期: 2010 年 2 月 23 日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)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(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：
通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉,學(xué)會綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能進(jìn)行實(shí)際工程問題的分析、綜合及設(shè)計(jì)。培養(yǎng)調(diào)查研究、中外文獻(xiàn)檢索與閱讀的能力; 掌握定性與定量相結(jié)合的獨(dú)立研究與論證的能力; 熟練掌握設(shè)計(jì)、計(jì)算及繪圖的能力; 鍛煉文字與口頭表達(dá)能力; 掌握撰寫設(shè)計(jì)說明書的能力。并且能設(shè)計(jì)出合乎實(shí)際要求的噴涂機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)。
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
技術(shù)要求：
自由度數(shù)： 5
負(fù)載重量： 2 kg
運(yùn)動范圍：
機(jī)身 ±110o
大臂 前俯30o,后仰10o
小臂 俯仰±30o
腕轉(zhuǎn) ±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(fù)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(shè)計(jì)； （2）完成大臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；
（3）繪制總裝圖、部件圖和零件圖；（4）撰寫設(shè)計(jì)說明書。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
3．對本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕：
(1)開題報(bào)告(含文獻(xiàn)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(shù)約合3張0號圖)；(6)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書,字?jǐn)?shù)不少于10,000字,并附有200~300漢字的中文摘要及相應(yīng)的英文摘要。
4．主要參考文獻(xiàn)：
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 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(xiàn)綜述、開題報(bào)告、外文資料翻譯
總體方案論證
工作空間設(shè)計(jì)
運(yùn)動參數(shù)設(shè)計(jì)、計(jì)算
動力參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
繪制總裝配圖
繪制部件裝配圖
繪制相關(guān)零件圖
撰寫、提交設(shè)計(jì)說明書
修改設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
畢業(yè)答辯
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料
學(xué)生姓名:
學(xué) 號：
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動化
設(shè)計(jì)(論文)題目:
噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)
—大臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師:
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
材 料 目 錄
序號
名 稱
數(shù)量
備 注
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表
1
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
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2010 年 3 月
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查工作結(jié)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(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。
南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)
—大臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
2010年 3 月 19 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 噴涂機(jī)器人是一種典型的涂裝自動化裝備，廣泛的運(yùn)用在自動化生產(chǎn)領(lǐng)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(jī)器人在自動化生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，介紹了噴涂機(jī)器人的發(fā)展歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)指出了噴涂機(jī)器人的有關(guān)不足之處，在此基礎(chǔ)上對噴涂機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞 噴涂機(jī)器人 自動化生產(chǎn) 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(chǎn)品，其表面的噴涂效果對質(zhì)量有非常大的影響。噴涂作業(yè)中采用噴涂機(jī)器人可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少涂料和能源的消耗，避免了人工噴涂時(shí)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(chǎn)效率[1]。因此，噴涂機(jī)器人在制造業(yè)中的應(yīng)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(jī)器人由于其柔性大、工
作范圍大的特點(diǎn)被應(yīng)用于現(xiàn)代柔性制造業(yè)中。噴涂機(jī)器人及其柔性控制系統(tǒng)的研究和發(fā)
展，對于降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量、強(qiáng)化企業(yè)的競爭力具有深遠(yuǎn)的影響。
2 噴涂機(jī)器人的發(fā)展歷史
所謂噴涂機(jī)器人，就是一個(gè)擁有5個(gè)或更多自由度的比較復(fù)雜且能快速自動實(shí)現(xiàn)噴涂的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，它由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成[2]。國際上將機(jī)器人應(yīng)用到噴涂領(lǐng)域已有四十幾年的歷史，最早將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)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(jī)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(fù)雜，這種工作方式存在著任務(wù)改變即需重新示教、復(fù)雜運(yùn)動軌跡難用示教方式實(shí)現(xiàn)和運(yùn)動軌跡規(guī)劃失誤導(dǎo)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(jī)器人的離線編程。機(jī)器人離線編程利用計(jì)算機(jī)圖形的成果，建立幾何模型再進(jìn)行編程，并生成一些代碼，然后對編程的結(jié)果進(jìn)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(jī)器人控制柜，以控制機(jī)器人運(yùn)動，完成給定任務(wù)[5]。在離線編程的基礎(chǔ)上，人們以平面和規(guī)則曲面為作業(yè)對象，對噴涂機(jī)器人的噴涂軌跡進(jìn)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(shù)來進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化。
縱觀噴涂機(jī)器人這幾十年的發(fā)展，其經(jīng)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(jī)器人，實(shí)現(xiàn)為客戶定制機(jī)器人，比如可以控制機(jī)器人噴漆時(shí)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(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，噴涂機(jī)器人主要生產(chǎn)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(jī)器人的離線編程技術(shù)現(xiàn)已比較成熟，其編程技術(shù)已普遍應(yīng)用于機(jī)器人噴涂[8]。
而噴涂機(jī)器人智能上也有較大的發(fā)展，歐盟曲面噴涂項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)了對凸形零件的自動
噴涂[9]。
在我國，噴涂機(jī)器人主要運(yùn)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(shù)應(yīng)用于噴涂機(jī)器人上，使其噴涂質(zhì)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(jī)器人在汽車生產(chǎn)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(jī)器人,使噴涂機(jī)器人被用于消費(fèi)類電子產(chǎn)
品（蘋果公司的IPOD）的噴涂[13]。繼噴涂機(jī)器人用于消費(fèi)電子產(chǎn)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(yīng)用，噴涂機(jī)器人還被用于軍事上，
聞名于全球的F-22飛機(jī)就是運(yùn)用噴涂機(jī)器人對機(jī)身實(shí)施噴涂的[14]。
雖然噴涂機(jī)器人技術(shù)上的發(fā)展已達(dá)到很高的水平，但其還存在著一些問題，如復(fù)雜
曲面噴涂上的自動化難以實(shí)現(xiàn)，控制器的開放性差，軟件獨(dú)立性差，噴涂裝置還不夠小
型化等。
4 噴涂機(jī)器人的未來趨勢
隨著機(jī)器人生產(chǎn)商為客戶定制機(jī)器人，噴涂機(jī)器人需在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步發(fā)展，
以滿足越來越多客戶的使用需求，使噴涂機(jī)器人的應(yīng)用范圍更為廣泛。
（1）為客戶提供更加完整的解決方案，設(shè)計(jì)出超越客戶所提要求的機(jī)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(fèi)類電子產(chǎn)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(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器，使用戶可以方便的擴(kuò)展和改進(jìn)其性能。
（4）實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人的模塊化，使其方便安裝和維護(hù)，并且緊湊可靠[15]。
（5）優(yōu)先考慮“系統(tǒng)發(fā)展方式”，實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人與外界設(shè)備的互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作，
并制定機(jī)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(fù)雜自由曲面進(jìn)行無人干涉的全過程自動噴涂的智能噴涂系
統(tǒng)。
5 結(jié)論
噴涂機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)中的一種柔性涂裝裝備，其產(chǎn)生和發(fā)展使現(xiàn)代工業(yè)噴涂
作業(yè)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動化。對于噴涂機(jī)器人編程、控制系統(tǒng)等方面的研究和開發(fā)，
使其運(yùn)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的多種行業(yè)。噴涂機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展至今還未成熟，在現(xiàn)實(shí)
運(yùn)用上還有一定的限制。但隨著人們對噴涂機(jī)器人技術(shù)的深度研究開發(fā)，必定能突破現(xiàn)
狀，讓其在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)中更為廣泛的運(yùn)用。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 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(shè)計(jì)的是噴涂機(jī)器人的總體方案以及大臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合噴涂機(jī)器人有
關(guān)技術(shù)要求，主要研究的問題有結(jié)構(gòu)型式、自由度數(shù)、平衡方式、驅(qū)動方式、傳動方式
的確定。
2）.本課題擬采用的研究手段
根據(jù)以上要研究的問題及技術(shù)要求，擬采用的研究途徑如下：
（1）結(jié)構(gòu)型式
工業(yè)機(jī)器人的坐標(biāo)形式直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型和平面
摜節(jié)型。本課題噴涂機(jī)器人采用的是關(guān)節(jié)坐標(biāo)型，因?yàn)椴捎藐P(guān)節(jié)坐標(biāo)型，結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制。
（2）自由度數(shù)
在三維空間中描述一個(gè)物體的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）需要六個(gè)自由度。但是，工
業(yè)機(jī)器人的自由度是根據(jù)其用途而設(shè)計(jì)的，本課題噴涂機(jī)器人機(jī)身、大臂、小臂的三個(gè)
自由度實(shí)現(xiàn)位置移動，腕部的旋轉(zhuǎn)和擺動兩個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的變化，所以最終有五個(gè)
自由度。
（3）平衡方式
機(jī)身和臂部的運(yùn)動較多，質(zhì)量較大，運(yùn)動狀態(tài)變化時(shí)將產(chǎn)生沖擊和振動，影響機(jī)器
人的精確定位，需要進(jìn)行動力平衡。常見操作機(jī)臂桿的平衡技術(shù)有四種，及質(zhì)量平衡
法、彈簧平衡法、氣動或液壓平衡法和采用平衡電機(jī)。本課題中采用彈簧平衡，其結(jié)
構(gòu)簡單，通過適當(dāng)改變彈簧的長度和剛度的修正即可達(dá)到所需平衡要求。
（4）驅(qū)動方式
電氣驅(qū)動是目前在工業(yè)機(jī)器人中用得最多的一種，可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、直流伺服
電機(jī)驅(qū)動和交流伺服電機(jī)驅(qū)動三種形式。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)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(jī)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(jìn)電
機(jī)驅(qū)動方式。
（5）傳動方式
工業(yè)機(jī)器人的傳動系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量和體積小，要求消除傳動
間隙，提高其運(yùn)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(jī)構(gòu)中最常見的形式，在機(jī)器人中得到了廣泛的應(yīng)用，
其瞬時(shí)傳動比恒定、工作平穩(wěn)性較高、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊。本課題中噴涂機(jī)器人的
精度不是很高，擬采用直齒輪傳動機(jī)構(gòu)。為了減小齒輪傳動空回，提高運(yùn)動精度，需提
高齒輪及相關(guān)零件的精度和采用各種傳動間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
文獻(xiàn)綜述查閱了較多、較新的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，概括了國內(nèi)、國外噴涂機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)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(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
該課題擬從事噴涂機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及大臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有一定的深度和廣度，工作量適中，經(jīng)過該同學(xué)的努力工作、認(rèn)真設(shè)計(jì)，預(yù)估能夠完成規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，取得較好的設(shè)計(jì)結(jié)果。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者:
學(xué) 號：
系:
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動化
題 目:
噴涂機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)
─大臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)
副教授
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
本課題設(shè)計(jì)了一種經(jīng)濟(jì)型噴涂機(jī)器人，可應(yīng)用于汽車車身噴涂等涂裝生產(chǎn)線中。該機(jī)器人由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，采用關(guān)節(jié)型坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，具有五個(gè)自由度，其工作空間范圍為2600×1200×900。機(jī)器人機(jī)身采用齒輪傳動，上下臂用滾珠絲杠和搖桿機(jī)構(gòu)傳動，手腕采用鏈傳動和齒輪傳動。機(jī)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(shè)計(jì)重點(diǎn)是噴涂機(jī)器人的大臂系統(tǒng)，其大臂系統(tǒng)主要是指機(jī)械系統(tǒng)，并不包括控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)包括大臂系統(tǒng)材料的選定，截面形狀的確定，外形結(jié)構(gòu)的確定和驅(qū)動-傳動裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇以及彈簧平衡的計(jì)算。
關(guān)鍵詞 噴涂機(jī)器人 大臂系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 手把手CP示教 滾珠絲杠
畢業(yè)設(shè)計(jì)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