偶看新闻大卫戈尔的一生波林:喷漆机器人
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/05/08 15:55:28
结论：弯曲强度是足够的[12]。
2.第二级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-7。
表3-7 第二级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 20 120
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 20 120
齿顶圆直径mm 22 122
齿根圆直径mm 17.5 119.5
中心距mm 70
齿宽mm 18 14
3.第三级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-8。
表3-8 第三级齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 27 113
模数 1.5
压力角 20
分度圆直径mm 40 169.5
齿顶圆直径mm 43.5 172.5
齿根圆直径mm 36.75 165.75
中心距mm 105
齿宽mm 12 10
4.一级锥齿轮轴的设计
(1)选择轴的材料
为使大臂的质量减轻，而又有一定的刚度、强度，因此该轴选用的材料为20Cr2Ni4，调质处理。
, , , ，
(2)轴的受力分析
轴上锥齿轮直径
轴的传递功率
轴的转速
轴的转距
锥齿轮圆周力
锥齿轮径向力
锥齿轮轴向力
(3)初估轴的最小直径和联轴器的选用
考虑到有键槽削弱，取 。
选用联轴器为弹性柱销联轴器YL1型[13] 。
(4)轴的结构设计
结构如图3-10所示。
图3-10 轴Ⅰ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7002C。
5.轴Ⅱ的设计计算
具体步骤同前，这里不再重复。
考虑到键槽的影响，取轴的最小直径
拟出的结构图如图3-11所示。
图3-11轴Ⅱ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7202C。
6.轴Ⅲ的设计
具体步骤同前，这里不再重复。
考虑到键槽的影响，取轴的最小直径
拟出的结构图如下图3-12所示。
图3-12 轴Ⅲ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7006C。
7.轴Ⅳ（回转空心轴）的设计
采用空心轴的形式，目的是为了减轻回转轴的质量和转动惯量。取 （ 为内径与外径之比）。
取 。
具体结构如图3-13所示。
图3-13 轴Ⅳ结构图
由于此轴对于大臂y方向的位置精度影响较大，因此在此处安放的轴应为圆锥滚子轴承，型号为30108。
3.2.2驱动小臂部分的设计
小臂驱动部件采用3级半开式圆锥—圆柱齿轮传动,见图3-14。
图3-14 驱动小臂传动结构简图
臂长为L=650mm，驱动小臂的总负载（初步估算）约为25kg，旋转力矩 。总效率取：
（ ）
∴ ，取
因此，经考虑后决定采用型号Z2-11的直流电机，规格：额定功率为0.4kW，额定转速为1500r/min，额定转距1.3 N•m，重量2.5Kg。
传动比分配，各轴转速，输入功率，转距如表3-9：
表3-9传动系统的运动和动力参数
参数 轴名 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴
转速n(r/min) 1500 375 62.5 15
功率P(kW) 0.396 0.380 0.365 0.350
转距T(N•m) 2.521 9.677 55.772 222.833
传动比u 4 6 4.17
效率η 0.96 0.96 0.96
具体的圆锥——圆柱齿轮传动设计和轴的设计同前面的驱动大臂的传动系统相仿，因此具体的计算省略，直接得出的各组数据如下：
1.圆锥——圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-10。
表3-10 第一级齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 17 68
模数 1.25
节锥角 δ1=14.04 δ2=75.96
分度圆直径 mm 21.25 85
齿顶圆直径 mm 23.68 85.61
节锥顶距 mm 43.8
齿宽 mm 12
2.第二级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-11。
表3-11 第二级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 25 150
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 25 150
齿顶圆直径mm 27 152
齿根圆直径mm 22.5 147.5
中心距mm 88
齿宽mm 8
3.第三级齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-12
表3-12 第三级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 40 167
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 40 167
齿顶圆直径mm 42 169
齿根圆直径mm 37.5 164.5
中心距mm 103
齿宽mm 10
4.锥齿轮轴的设计
锥齿轮轴的设计同前面的设计计算类似，最小直径。
取
选用十字万向联轴器WSD1型。具体结构如图3-15：
图3-15 轴Ⅰ的结构图
5.Ⅱ轴的设计
最小直径
取 ，轴承型号为30101。简图如图3-16：
图3-16 轴Ⅱ的结构图
6.Ⅲ轴的设计
最小直径:
取 ，轴承型号为7205C。具体结构如图3-17：
图3-17 轴Ⅲ的结构图
7.轴Ⅳ的设计
轴为空心轴，取 （ 为内径与外径之比）
取 ， ，选用角接触球轴承型号为7008C。
3.3 小臂的设计
3 3.1 选择减速器
因为前面设计中腕部到末端执行器的距离定为100mm，所以算出腕部的旋转扭距 ，摆动转矩 。
则 ( )
则 ， 取
采用MANA系列（小惯量）直流伺服电机，尺寸规格如图3-18：
图3-18 电机外型尺寸
额定功率：0.03kW 额定转矩：0.095N•m
最大转矩：0.28 N•m 惯量： 0.20×10-4
额定转速：3000r/min 最高转速：5000r/min 重量: 0.53kg
在此处由于传动系统的减速比太高（I=150）,因此决定采用谐波传动的方式。谐波传动的基本构件是波发生器、刚轮和柔轮。当波发生器转动时，迫使柔轮产生连续移动着的弹性变形波，并与刚轮相互作用实现传动。而且谐波传动与一般齿轮传动相比，有许多特点：传动平稳，承载能力高。在传动时同时参与啮合的齿数多，故传动平稳，承载能力高，传递单位扭矩的体积和重量小。在相同的工作条件下，体积可减小20-50％传动比大，而且范围广、零件少、体积小、重量轻、运动精度高且回差小、运动平稳噪声低、承载能力高、磨损小、效率高，可通过密封壁传递运动。无论作为控制系统的传动或大转距的动力传动都能得到满意的结果。
经过各种传动比优化和计算后，决定采用的谐波减速器型号为XB—32—100B如图3-19[14]：
减速比
输入
输出力矩
重量
电机经谐波减速后的效率为
输出转矩为
因减速器传动比 则输出转速
图3-19 谐波减速器
轴和锥齿轮的计算与前述相同，计算过程剩略，经计算后得出的锥齿轮尺寸如表3-13：
表3-13 锥齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 17 17
模数 2
节锥角 δ1=45 δ2=45
分度圆直径mm 34 34
齿顶圆直径mm 36.83 36.83
节锥顶距mm 24.
齿宽mm 15
3.3.2同步带的设计计算
小臂的设计的形式一般为多层套筒组合而成，通过内外套筒的相对转动来带动腕部的两个自由度转动。但这种结构最大的缺点是制造非常复杂，成本高。因此，我借鉴人家的设计方法用了一种同步带传动的方式，因为同步带传动综合了带传动和链传动的优点。同步带工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带的优点是：(a)无滑动，能保证固定的传动比；(b)预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小；(c)带的厚度小，单位长度的质量小，故允许的线速度较高；(d)带的柔性好，故所有带的直径可以较小。
具体数据为：输入功率 ，转速 ，传动比 ，轴间距480mm，每天工作时间
(1)设计功率
工况系数
(2)选定带型和节距根据 和 ，查得应选用XL型，节距 [15]。
(3)小带轮齿数根据带型XL和小带轮转速 查得小带轮齿数 ，在此取 。
(4)小带轮节圆直径
(5)大带轮齿数
(6)大带轮节圆直径
(7)带速
(8)初定轴间距：取
(9)带长
节线长度 。
(10)实际轴间距a ，此结构的轴间距可调整为：
(11)小带轮啮合齿数
(12)基本额定功率
查得
(13)所需带宽
查得XL型带 ， 。
应选用带宽代号为050的L型带。
(14)带轮结构和尺寸
小带轮
大带轮
3.4腕部的设计
喷漆机器人的腕部位于小臂臂体的前端，腕部的摆动回转运动由安装在小臂臂体后端的伺服电机经同步传动带传动，通过设置在腕部的谐波减速器带动腕部转动。手腕的功能是利用自身的活动度确定被末端执行器夹持物体的空间姿态，也可以说是确定末端执行器的姿态。它的结构设计要求是：重量轻；传动系统结构简单并有利于小臂对整机的静力平衡。
本次设计的腕部结构采用两自由度的汇交式结构，其具体的结构如图3-20。
1、12—带轮 2、4、5—套筒 3—螺栓 7、10—齿轮轴 9—转壳 6—轴承
图3-20 汇交式两自由度手腕
图中同步带轮12由后置的驱动器带动，与锥齿轮轴11相连，通过齿轮副带动末杆回转；同步带轮1与壳体9相连，也是由后置的驱动器带动，使末杆摆动，从而形成两个自由度。其中两个带轮对称的分配在小臂中线的两边，使得结构紧凑，驱动器的后置，对小臂的平衡十分有利[16]。
3.5 工业机器人的基础理论和技术
3.5.1机器人运动学
1.齐次变换
工业机器人一般是由一系列连杆和连接杆件的关节运动副组成。因此，需要一种描述连杆刚体位姿、速度、加速度及连杆刚体间相对运动关系的有效方法，一般常用矢量法、旋量法、四元数法、齐次变换法等对其进行表述和分析。其中齐次变换法是一种简捷、方便，且广泛采用的方法。
根据机器人杆件坐标系和齐次变换推导，机器人手臂终端连杆坐标系相对于基础连杆坐标系的齐次变换矩阵T,可表示为：
其中相邻连杆坐标系 和 之间齐次变换可用 表示：
(3-7)
式中的 等均表示 , 等，以下同。
若已知 ， ， ， 四个参数，即可利用上式求出 相对于 的位姿矩阵[17]。
喷漆机器人的操作机为多杆系统，两杆间的位姿矩阵是求得操作机手部位姿矩阵的基础。常见的模型有两类，分别为固联坐标系前置或固联坐标系后置。对于本次机器人为固联坐标系。
固联坐标系前置结构模型如图3-21。
图3-21 固联坐标后置结构
2.机器人作业空间
机器人作业空间是指机器人在运动过程中，手部参考点在空间所能达到的点的集合；是一个与机器人构件的尺寸、运动副类型、安装方位和动作范围有关的空间几何形体。它的大小代表了机器人的活动范围，是衡量机器人作业能力的一个重要性能指标。
本次喷漆机器人是一种5个自由度的开链操作机，按照上面已建立的模型，先画出的机器人轴测间图，如图3-22。
图3-22 机器人轴侧图
3.正运动学分析
正运动学分析是研究根据机器人关节位移运动矢量及其导数，求算终端效应器位姿及其导数的问题。
对于终端连杆序号N的机器人，用齐次变换矩阵表示的相对基础坐标系的运动矩阵为： 式中， , 为关节I的位移。
根据上式，可用雅可比阵描述关节位移与空间位姿之间的微分关系为：
式中 a——为关节位移；
W——为终端位姿。
4.逆运动学分析
机器人逆运动学分析是讲述由其手臂终端效应器位姿及其导数求算机器人手各关节位移运动矢量及其导数的方法。一般而言，对应终端效应器一个位姿，常存在多组各关节位移解，但对具体机械结构，某些终端位姿也可能找不到对应的关节位移解。常用的方法有运动矩阵分步解算法、几何同一性解算法、数值解算法等。
3.5.2机器人力学分析
工业机器人手臂是个有源多刚体力学系统，每个连杆作为一个运动刚体，都由单独的驱动单元驱动作受控运动。力分析主要包括静力学分析和动力学分析。
1.静力学分析
工业机器人静力学主要研究在静平衡状态下，各关节转矩和终端手爪所受力及力矩的关系。其分析结果为各关节驱动机及其控制系统设计提供依据。
2.动力学分析
机器人动力学是研究机器人各关节输入的力矩与机器人输出运动之间的关系，为系统控制算法建立动力学模型。
常用的动力学分析方法有牛顿欧拉方法、拉格朗日方法，泛函极值法和凯恩方法等。
工业机器人动力学系统的拉氏方程的普遍形式为：
这里 是工业机器人系统的拉氏函数； 是系统的广义坐标即关节j的位移， 是作用在关节J上的广义外力。
第4章 工业机器人的控制系统
4.1 控制系统的功能、组成与分类
工业机器人控制有如下特点：
(1)机器人有若干个关节．典型工业机器人有5至6个关节。每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。
(2)机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器进行空间电位运动或轨迹运动。对机器人运动的榨控制．需要进行复杂的标变换运算．以及矩阵函数的逆运算。
(3)还存在着耦合，因此机器人的控制经常使用前馈．补偿．解耦、自适应等复杂控制技术。
(4)较高级的机器人要求对环境条件，控制指令进行测定和分析，采用汁算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策．管理和操作，按照给定的要求．自动选择最佳控制规律[18]。
另外机器人的控制系统相当于人的大脑，它指挥着机器人的动作，并协调机器人与生产系统之间的关系。机器人的工作顺序，应达到的位置、动作时间间隔、运动速度等都是在控制系统指挥下，通过每一运动部件沿各坐标轴的动作来实现的。
值得注意的是，一般机械设备的控制系统，多着眼于自身运动的控制，而工业机器人的控制系统则更注重本体与操作对象的关系。因为，无论多么高级的控制系统，如果不能按要求把工件传送到指定的位置，都是毫无意义的。
工业机器人的控制对象特性往往变化大，且有外界负荷干扰。因此，要求控制系统精度高，稳定性好，保证工作可靠，并能满足生产系统节拍的要求。
控制系统的组成如下：
机器人的控制部分，严格地讲，不仅是指发出动作指令信号的控制单元，还应包括伺服机构、反馈环节的检测元件等，才能共同构成一个完整的控制系统。一般的喷漆机器人控制装置由计算机控制系统、四闭环（电流、速度、位置、加速度）位置数字伺服系统、功率驱动系统、示教盒、操作键盘、显示系统、电源、冷却系统等部分组成。
下图为喷漆机器人控制装置硬件系统图4-1。
图4-1控制装置硬件系统图
按照国外的一般表示方法，机器人控制系统是—种分级结构系统，它包括以下三级：
1.作业控制器
根据示教操作，记忆每步动作的顺序，程序步进的条件、每步程序的内容(位置、速度、轨迹等)，依次发出相应的作业指示。同时，随着作业的进行，对生产系统来的外部信号进行处理．
2.运动控制器
用于进行连续轨迹控制(CP)，接受作业控制器来的程序指令，对应所要求的运动轨迹，产生给定值(将程序步的作业指令变换为各运动轴的动作指令)，送给驱动控制器，控制各轴运动。
3.驱动控制器
在伺服机构的控制回路中，每一部件的每个运动坐标轴有—个驱动控制器控制[19]。
在采用微型计算机控制的工业机器人中，微型机可以承担上述作业控制和运动控制功能，而由伺服驱动控制器承担的位置、速度控制及各种补偿、修正等，可以通过微型机总线上所带的伺服接口来实现。根据机器人控制功能的多少及控制的复杂程度，可以相应的采用单台微型机，或者将功能分散化，在一台主机协调下由多台微机组成分布处理系统工业机器人控制方式分类如图4-2。
图4-2 机器人控制方式分类
机器人控制信息有三类：
(1)顺序信息 各程序步中单元动作的配合以及步进顺序；
(2)位置信息 到达各点的坐标值（包括圆柱坐标和极坐标的角度信息）；
(3)时间信息 各程序步所用的时间。
4.2 运动控制方式
4.2.1位置控制
工业机器人的控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制两种，这两种控制方式的区别如下：
1.点位控制方式
这种控制方式就是由点到点的控制方式，只控制机器人运动部件（手、腕、臂）所应到达的空间点的定位，而对两个定位点之间的运动轨迹则不加控制。在点位控制中，只注意工业机器人在工作程序中应到达的各定位点，至于它是怎样到达这些点，即中间经过什么路径达到各点，则是无关紧要的。这种方式可以达到较高的重复定位精度(0.05mm)。
点位控制又分为两点控制和多点控制两种如果机器人抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，如冷加工自动线上传递工件的专用机械手，是由挡块，行程开关等来定位的。则可以采用起点和终点的“两点控制方式”。而与次不同，如自动仓库中传输物料的工业机器人，则要求多点定位，而且要经常更换设定位置。这时一般装有位置检测器，作为运动位置的反馈，即采用“多点控制方式”。
定位点为二点的点为控制，采用开关型“（ON-OFF）控制机构就可以实现，多点定位控制，一般要采用带反馈环节（行程检测元件）的闭环伺服控制机构，或者数控开环机构。
2.连续轨迹控制方式
不仅要控制行程中所有中间点的位置和终点位置，而且，还应对运动轴同时进行连续控制。这种控制方式的中间定位点是无限多的。如焊接、喷漆等工业机器人，需要采用连续轨迹控制方式，在控制其运动轨迹的同时，还需要控制其运动速度与加减速。
连续轨迹控制，一般要采用闭环伺服机构（也有少数采用数控开环伺服机构）。位置信息的给定方式有两种：
(1)示教方式
通过操作杆或示教盒，将连续轨迹上各点坐标值输到存储单元（同时也可以输入机器人通过各点的运动速度等条件）。
(2)数值控制方式
将机器人动作端的运动数值化，根据数值指令进行动作。可以给出机器人运动轨迹的数字式，利用数控插补运算功能，进行直线、圆弧、抛物线、椭圆等函数插补运算，控制机器人运动轨迹。
事实上，在连续轨迹控制中，也不一定都是一点不差的跟踪控制。例如，在示教时，每隔一定时间间隔或距离，记录一点的坐标值。当再现时，把这些点群按直线或圆弧连接起来形成轨迹。这种方式对于降低工业机器人的控制器，特别是存储器的成本是有益的。此次机器人可以运用双摄象机跟踪控制。
目前，在激光加工等许多应用领域中对工业机器人的精度特别是连续运动轨迹精度提出了较高的要求。因此研究和建立能够方便地检测工业机器人运动轨迹准确度的方法具有重要意义。目前常用的机器人检测技术分为接触式和非接触式两类，接触式测量方法测量速度慢，测量范围有限，不能满足运动轨迹准确度CP(Continuouspath)性能检测的要求。非接触式测量方法分为主动感觉系统和被动视频系统两种。主动感觉系统向被测物体发送如红外线、激光和超声波等信号，通过检测返回的信号来获取机器人的位置信息。此方法结构复杂、操作难度大、计算过程繁琐和成本昂贵。基于多目视觉的被动视频系统受到广泛关注,但现有的多目视觉系统在进行三维空间大范围、连续运动测量时，还有待于在系统结构、性能和价格等方面进一步完善。
以立体视觉理论为基础，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型基础上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案，对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进行了检测。结果表明，该检测方法简单实用，基本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。
三维空间内的一个点可以用世界坐标系(xw,yw,zw)表示。它发出的光经过摄像机采集并以标准视频信号的形式输入计算机，再由图像采集卡将其转换为数字图像，即一个二维数组，组元(即是图像中的一个像素)的数值为图像的亮度。以像素为单位定义直角坐标系，像素的坐标(u, v)分别对应该像素在二维数组中行和列。定义摄像机坐标系(x, y,z)以摄像机光心O为原点，光轴为ze, xc轴和yc轴分别与上述坐标系的u, v轴对应。可以用针孔模型(Pin holemodel)表示摄像机的光学成像过程,如图4-3。
图4-3 摄像机的光学成像过程
根据双目视觉理论和空间解析几何的相关内容建立了工业机器人运动轨迹位姿检测的数学模型。应用该模型对一种关节型工业机器人的轨迹进行测量。结果表明，根据该模型建立的检测系统能够简单方便地测量工业机器人的运动轨迹位置准确度和轨迹姿态准确度，测量结果可靠，具有一定的应用前景。该方法也为机器人运动过程位姿的控制提供了基础[20]。
4.2.2速度控制
对工业机器人的运动控制来说，在位置控制的同时，还要进行速度控制。
如上所述，在连续轨迹控制方式的情况下，一般采用闭环伺服控制机构，机器人能按照存储在电控装置中的指令，控制运动部件的运动速度和实行加、减速。这种系统有良好的运动特性。在控制位置的同时，可以控制运动速度，从而满足运动平稳定位准确的要求，整个运动过程中的速度易于控制，便于实现较理想的速度特性。
为了保证运动快速、平稳、定位精度高，机器人的行程要遵循一定的速度变化曲线图4-4。由于工业机器人是一种工作情况（行程、负载）多变、惯性负载大的运动机械，要处理好快速与平稳的矛盾，必须注意起动加速和停止前的减速这两个过渡运动区段。
图4-4 机器人一个行程的速度时间曲线
在起动加速段，由于机器人运动部件和被搬运工件的惯量，在有限的动力驱动下，本身就有一个逐渐升速的过程。所以，不必采取特殊的措施。而当机器人接近目标定位点时，则要求施行减速，以避免定位时冲击，保证较高的定位精度。
4.3 控制装置的软件系统
4.3.1喷漆机器人软件系统
喷漆机器人控制系统的软件包括以实时操作控制为核心的模块结构、机器人语言、自动编程软件、空间轨迹规划极其实时算法软件、自动诊断软件、人—机对话软件等。该软件系统的总体结构如图4-5。
图4-5 软件系统总体结构图
由于采用模块化的阶层构造，实现了软件系统的灵活性、扩展性。达到了下列目的[21]：
(1)基本软件 是通用系统软件，可适用于不同机种与作业。
(2)显示 不同机种只改变画面结构与文字。
(3)作业条件 引入变量参数，机种不同只需重新定义。
(4)I/O控制 I/O控制分通用口与专用口，专用口在喷漆机器人控制上配喷漆接口板。
(5)坐标变换与插补计算 备有通用标准函数计算库，同时可根据不同的机种配置不同的坐标变换与插补计算模块。
(6)伺服控制 对同一执行机构，其模块是通用的。
传感器与上位管理机，还留出了用于扩展的接口，主要有：
(1)机器人语言 机器人的语言命令是一种使用户非常容易理解的语言，语言中的每个语句命令都与某种功能相对应，喷漆机器人的各种动作都可以用这些语句的组合来完成。
(2)人—机对话语言命令 人—机对话是采用“软键”与“定义键”组来完成操作者与机器人的对话。操作者只要指定机器人当时的工作性质，机器人就能按已定的工作性质顺序逐项地通过CRT与操作者对话，该部分语言序列以文字形式出现，起引导、提示作用，使操作者能快速编程和简单、直观地管理与监视机器人。
(3)软件的数据结构 该软件数据结构采用分离构造、可变格式、引入变量常数及综合链、队等结构。
4.3.2喷漆机器人喷漆系统
喷漆机器人喷机系统是喷漆机器人的关键配套设备，主要由三部分组成：喷漆电源、喷漆管路装置及接口箱。
(1)喷漆电源由集成电子元件和可控硅元件控制，采用可控硅整流方式。它应用了瞬间控制技术、输出电流波形控制技术等，使该喷漆电源具有优良的启动性能和中电流区域(180~280A)扩散区域明显减小的特点，提高了喷漆的外观及喷漆的质量。喷漆电源调节范围为60~300A，喷漆电压调节范围为16~36V。
(2)接口箱用于喷漆电源与喷漆机器人控制装置之间的信号传递和处理。一方面传递控制装置指令，使其自动调整喷漆参数（如喷漆电流、电压、喷漆速度）；另一方面监测喷漆过程、状态，使喷漆机器人控制装置实时监控喷漆状态，判断有无喷漆故障发生（如堵塞、无油漆等），保证喷漆机器人的顺利安全工作。图4-6所示为接口箱与喷漆电源、机器人控制装置之间的关系框图，图中指令包括喷漆参数、喷漆、停止喷射、结束等。
图4-6 接口关系框图
该喷漆机器人具有结构紧凑、体积小、占地面积小、动作灵活、速度快、工作范围大、重复位置精度高、操作调整方便、工作稳定可靠等一系列特点。
4.3.3推广情况
随着我国国民经济建设的发展，喷漆机器人除了在汽车、自行车、摩托车等行业推广应用外，还可用于工程机械、通用机械和家用电器行业的喷漆生产作业中。因此喷漆机器人的推广应用将直接促进工业机器人这一高新技术产业的形成，推动我国机电一体化技术的发展以及产业结构的调整，对促进我国的经济振兴和发展有重要的意义。
2.第二级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-7。
表3-7 第二级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 20 120
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 20 120
齿顶圆直径mm 22 122
齿根圆直径mm 17.5 119.5
中心距mm 70
齿宽mm 18 14
3.第三级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-8。
表3-8 第三级齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 27 113
模数 1.5
压力角 20
分度圆直径mm 40 169.5
齿顶圆直径mm 43.5 172.5
齿根圆直径mm 36.75 165.75
中心距mm 105
齿宽mm 12 10
4.一级锥齿轮轴的设计
(1)选择轴的材料
为使大臂的质量减轻，而又有一定的刚度、强度，因此该轴选用的材料为20Cr2Ni4，调质处理。
, , , ，
(2)轴的受力分析
轴上锥齿轮直径
轴的传递功率
轴的转速
轴的转距
锥齿轮圆周力
锥齿轮径向力
锥齿轮轴向力
(3)初估轴的最小直径和联轴器的选用
考虑到有键槽削弱，取 。
选用联轴器为弹性柱销联轴器YL1型[13] 。
(4)轴的结构设计
结构如图3-10所示。
图3-10 轴Ⅰ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7002C。
5.轴Ⅱ的设计计算
具体步骤同前，这里不再重复。
考虑到键槽的影响，取轴的最小直径
拟出的结构图如图3-11所示。
图3-11轴Ⅱ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7202C。
6.轴Ⅲ的设计
具体步骤同前，这里不再重复。
考虑到键槽的影响，取轴的最小直径
拟出的结构图如下图3-12所示。
图3-12 轴Ⅲ结构图
选用的轴承为角接触球轴承，型号7006C。
7.轴Ⅳ（回转空心轴）的设计
采用空心轴的形式，目的是为了减轻回转轴的质量和转动惯量。取 （ 为内径与外径之比）。
取 。
具体结构如图3-13所示。
图3-13 轴Ⅳ结构图
由于此轴对于大臂y方向的位置精度影响较大，因此在此处安放的轴应为圆锥滚子轴承，型号为30108。
3.2.2驱动小臂部分的设计
小臂驱动部件采用3级半开式圆锥—圆柱齿轮传动,见图3-14。
图3-14 驱动小臂传动结构简图
臂长为L=650mm，驱动小臂的总负载（初步估算）约为25kg，旋转力矩 。总效率取：
（ ）
∴ ，取
因此，经考虑后决定采用型号Z2-11的直流电机，规格：额定功率为0.4kW，额定转速为1500r/min，额定转距1.3 N•m，重量2.5Kg。
传动比分配，各轴转速，输入功率，转距如表3-9：
表3-9传动系统的运动和动力参数
参数 轴名 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ轴 Ⅳ轴
转速n(r/min) 1500 375 62.5 15
功率P(kW) 0.396 0.380 0.365 0.350
转距T(N•m) 2.521 9.677 55.772 222.833
传动比u 4 6 4.17
效率η 0.96 0.96 0.96
具体的圆锥——圆柱齿轮传动设计和轴的设计同前面的驱动大臂的传动系统相仿，因此具体的计算省略，直接得出的各组数据如下：
1.圆锥——圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-10。
表3-10 第一级齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 17 68
模数 1.25
节锥角 δ1=14.04 δ2=75.96
分度圆直径 mm 21.25 85
齿顶圆直径 mm 23.68 85.61
节锥顶距 mm 43.8
齿宽 mm 12
2.第二级圆柱齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-11。
表3-11 第二级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 25 150
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 25 150
齿顶圆直径mm 27 152
齿根圆直径mm 22.5 147.5
中心距mm 88
齿宽mm 8
3.第三级齿轮传动
材料同前，具体的设计与前面的设计类似（计算略），几何尺寸如表3-12
表3-12 第三级齿轮参数表
Z1 Z2
齿数 40 167
模数 1
压力角 20
分度圆直径mm 40 167
齿顶圆直径mm 42 169
齿根圆直径mm 37.5 164.5
中心距mm 103
齿宽mm 10
4.锥齿轮轴的设计
锥齿轮轴的设计同前面的设计计算类似，最小直径。
取
选用十字万向联轴器WSD1型。具体结构如图3-15：
图3-15 轴Ⅰ的结构图
5.Ⅱ轴的设计
最小直径
取 ，轴承型号为30101。简图如图3-16：
图3-16 轴Ⅱ的结构图
6.Ⅲ轴的设计
最小直径:
取 ，轴承型号为7205C。具体结构如图3-17：
图3-17 轴Ⅲ的结构图
7.轴Ⅳ的设计
轴为空心轴，取 （ 为内径与外径之比）
取 ， ，选用角接触球轴承型号为7008C。
3.3 小臂的设计
3 3.1 选择减速器
因为前面设计中腕部到末端执行器的距离定为100mm，所以算出腕部的旋转扭距 ，摆动转矩 。
则 ( )
则 ， 取
采用MANA系列（小惯量）直流伺服电机，尺寸规格如图3-18：
图3-18 电机外型尺寸
额定功率：0.03kW 额定转矩：0.095N•m
最大转矩：0.28 N•m 惯量： 0.20×10-4
额定转速：3000r/min 最高转速：5000r/min 重量: 0.53kg
在此处由于传动系统的减速比太高（I=150）,因此决定采用谐波传动的方式。谐波传动的基本构件是波发生器、刚轮和柔轮。当波发生器转动时，迫使柔轮产生连续移动着的弹性变形波，并与刚轮相互作用实现传动。而且谐波传动与一般齿轮传动相比，有许多特点：传动平稳，承载能力高。在传动时同时参与啮合的齿数多，故传动平稳，承载能力高，传递单位扭矩的体积和重量小。在相同的工作条件下，体积可减小20-50％传动比大，而且范围广、零件少、体积小、重量轻、运动精度高且回差小、运动平稳噪声低、承载能力高、磨损小、效率高，可通过密封壁传递运动。无论作为控制系统的传动或大转距的动力传动都能得到满意的结果。
经过各种传动比优化和计算后，决定采用的谐波减速器型号为XB—32—100B如图3-19[14]：
减速比
输入
输出力矩
重量
电机经谐波减速后的效率为
输出转矩为
因减速器传动比 则输出转速
图3-19 谐波减速器
轴和锥齿轮的计算与前述相同，计算过程剩略，经计算后得出的锥齿轮尺寸如表3-13：
表3-13 锥齿轮参数表
齿轮 Z1 Z2
齿数 17 17
模数 2
节锥角 δ1=45 δ2=45
分度圆直径mm 34 34
齿顶圆直径mm 36.83 36.83
节锥顶距mm 24.
齿宽mm 15
3.3.2同步带的设计计算
小臂的设计的形式一般为多层套筒组合而成，通过内外套筒的相对转动来带动腕部的两个自由度转动。但这种结构最大的缺点是制造非常复杂，成本高。因此，我借鉴人家的设计方法用了一种同步带传动的方式，因为同步带传动综合了带传动和链传动的优点。同步带工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带的优点是：(a)无滑动，能保证固定的传动比；(b)预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小；(c)带的厚度小，单位长度的质量小，故允许的线速度较高；(d)带的柔性好，故所有带的直径可以较小。
具体数据为：输入功率 ，转速 ，传动比 ，轴间距480mm，每天工作时间
(1)设计功率
工况系数
(2)选定带型和节距根据 和 ，查得应选用XL型，节距 [15]。
(3)小带轮齿数根据带型XL和小带轮转速 查得小带轮齿数 ，在此取 。
(4)小带轮节圆直径
(5)大带轮齿数
(6)大带轮节圆直径
(7)带速
(8)初定轴间距：取
(9)带长
节线长度 。
(10)实际轴间距a ，此结构的轴间距可调整为：
(11)小带轮啮合齿数
(12)基本额定功率
查得
(13)所需带宽
查得XL型带 ， 。
应选用带宽代号为050的L型带。
(14)带轮结构和尺寸
小带轮
大带轮
3.4腕部的设计
喷漆机器人的腕部位于小臂臂体的前端，腕部的摆动回转运动由安装在小臂臂体后端的伺服电机经同步传动带传动，通过设置在腕部的谐波减速器带动腕部转动。手腕的功能是利用自身的活动度确定被末端执行器夹持物体的空间姿态，也可以说是确定末端执行器的姿态。它的结构设计要求是：重量轻；传动系统结构简单并有利于小臂对整机的静力平衡。
本次设计的腕部结构采用两自由度的汇交式结构，其具体的结构如图3-20。
1、12—带轮 2、4、5—套筒 3—螺栓 7、10—齿轮轴 9—转壳 6—轴承
图3-20 汇交式两自由度手腕
图中同步带轮12由后置的驱动器带动，与锥齿轮轴11相连，通过齿轮副带动末杆回转；同步带轮1与壳体9相连，也是由后置的驱动器带动，使末杆摆动，从而形成两个自由度。其中两个带轮对称的分配在小臂中线的两边，使得结构紧凑，驱动器的后置，对小臂的平衡十分有利[16]。
3.5 工业机器人的基础理论和技术
3.5.1机器人运动学
1.齐次变换
工业机器人一般是由一系列连杆和连接杆件的关节运动副组成。因此，需要一种描述连杆刚体位姿、速度、加速度及连杆刚体间相对运动关系的有效方法，一般常用矢量法、旋量法、四元数法、齐次变换法等对其进行表述和分析。其中齐次变换法是一种简捷、方便，且广泛采用的方法。
根据机器人杆件坐标系和齐次变换推导，机器人手臂终端连杆坐标系相对于基础连杆坐标系的齐次变换矩阵T,可表示为：
其中相邻连杆坐标系 和 之间齐次变换可用 表示：
(3-7)
式中的 等均表示 , 等，以下同。
若已知 ， ， ， 四个参数，即可利用上式求出 相对于 的位姿矩阵[17]。
喷漆机器人的操作机为多杆系统，两杆间的位姿矩阵是求得操作机手部位姿矩阵的基础。常见的模型有两类，分别为固联坐标系前置或固联坐标系后置。对于本次机器人为固联坐标系。
固联坐标系前置结构模型如图3-21。
图3-21 固联坐标后置结构
2.机器人作业空间
机器人作业空间是指机器人在运动过程中，手部参考点在空间所能达到的点的集合；是一个与机器人构件的尺寸、运动副类型、安装方位和动作范围有关的空间几何形体。它的大小代表了机器人的活动范围，是衡量机器人作业能力的一个重要性能指标。
本次喷漆机器人是一种5个自由度的开链操作机，按照上面已建立的模型，先画出的机器人轴测间图，如图3-22。
图3-22 机器人轴侧图
3.正运动学分析
正运动学分析是研究根据机器人关节位移运动矢量及其导数，求算终端效应器位姿及其导数的问题。
对于终端连杆序号N的机器人，用齐次变换矩阵表示的相对基础坐标系的运动矩阵为： 式中， , 为关节I的位移。
根据上式，可用雅可比阵描述关节位移与空间位姿之间的微分关系为：
式中 a——为关节位移；
W——为终端位姿。
4.逆运动学分析
机器人逆运动学分析是讲述由其手臂终端效应器位姿及其导数求算机器人手各关节位移运动矢量及其导数的方法。一般而言，对应终端效应器一个位姿，常存在多组各关节位移解，但对具体机械结构，某些终端位姿也可能找不到对应的关节位移解。常用的方法有运动矩阵分步解算法、几何同一性解算法、数值解算法等。
3.5.2机器人力学分析
工业机器人手臂是个有源多刚体力学系统，每个连杆作为一个运动刚体，都由单独的驱动单元驱动作受控运动。力分析主要包括静力学分析和动力学分析。
1.静力学分析
工业机器人静力学主要研究在静平衡状态下，各关节转矩和终端手爪所受力及力矩的关系。其分析结果为各关节驱动机及其控制系统设计提供依据。
2.动力学分析
机器人动力学是研究机器人各关节输入的力矩与机器人输出运动之间的关系，为系统控制算法建立动力学模型。
常用的动力学分析方法有牛顿欧拉方法、拉格朗日方法，泛函极值法和凯恩方法等。
工业机器人动力学系统的拉氏方程的普遍形式为：
这里 是工业机器人系统的拉氏函数； 是系统的广义坐标即关节j的位移， 是作用在关节J上的广义外力。
第4章 工业机器人的控制系统
4.1 控制系统的功能、组成与分类
工业机器人控制有如下特点：
(1)机器人有若干个关节．典型工业机器人有5至6个关节。每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。
(2)机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器进行空间电位运动或轨迹运动。对机器人运动的榨控制．需要进行复杂的标变换运算．以及矩阵函数的逆运算。
(3)还存在着耦合，因此机器人的控制经常使用前馈．补偿．解耦、自适应等复杂控制技术。
(4)较高级的机器人要求对环境条件，控制指令进行测定和分析，采用汁算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策．管理和操作，按照给定的要求．自动选择最佳控制规律[18]。
另外机器人的控制系统相当于人的大脑，它指挥着机器人的动作，并协调机器人与生产系统之间的关系。机器人的工作顺序，应达到的位置、动作时间间隔、运动速度等都是在控制系统指挥下，通过每一运动部件沿各坐标轴的动作来实现的。
值得注意的是，一般机械设备的控制系统，多着眼于自身运动的控制，而工业机器人的控制系统则更注重本体与操作对象的关系。因为，无论多么高级的控制系统，如果不能按要求把工件传送到指定的位置，都是毫无意义的。
工业机器人的控制对象特性往往变化大，且有外界负荷干扰。因此，要求控制系统精度高，稳定性好，保证工作可靠，并能满足生产系统节拍的要求。
控制系统的组成如下：
机器人的控制部分，严格地讲，不仅是指发出动作指令信号的控制单元，还应包括伺服机构、反馈环节的检测元件等，才能共同构成一个完整的控制系统。一般的喷漆机器人控制装置由计算机控制系统、四闭环（电流、速度、位置、加速度）位置数字伺服系统、功率驱动系统、示教盒、操作键盘、显示系统、电源、冷却系统等部分组成。
下图为喷漆机器人控制装置硬件系统图4-1。
图4-1控制装置硬件系统图
按照国外的一般表示方法，机器人控制系统是—种分级结构系统，它包括以下三级：
1.作业控制器
根据示教操作，记忆每步动作的顺序，程序步进的条件、每步程序的内容(位置、速度、轨迹等)，依次发出相应的作业指示。同时，随着作业的进行，对生产系统来的外部信号进行处理．
2.运动控制器
用于进行连续轨迹控制(CP)，接受作业控制器来的程序指令，对应所要求的运动轨迹，产生给定值(将程序步的作业指令变换为各运动轴的动作指令)，送给驱动控制器，控制各轴运动。
3.驱动控制器
在伺服机构的控制回路中，每一部件的每个运动坐标轴有—个驱动控制器控制[19]。
在采用微型计算机控制的工业机器人中，微型机可以承担上述作业控制和运动控制功能，而由伺服驱动控制器承担的位置、速度控制及各种补偿、修正等，可以通过微型机总线上所带的伺服接口来实现。根据机器人控制功能的多少及控制的复杂程度，可以相应的采用单台微型机，或者将功能分散化，在一台主机协调下由多台微机组成分布处理系统工业机器人控制方式分类如图4-2。
图4-2 机器人控制方式分类
机器人控制信息有三类：
(1)顺序信息 各程序步中单元动作的配合以及步进顺序；
(2)位置信息 到达各点的坐标值（包括圆柱坐标和极坐标的角度信息）；
(3)时间信息 各程序步所用的时间。
4.2 运动控制方式
4.2.1位置控制
工业机器人的控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制两种，这两种控制方式的区别如下：
1.点位控制方式
这种控制方式就是由点到点的控制方式，只控制机器人运动部件（手、腕、臂）所应到达的空间点的定位，而对两个定位点之间的运动轨迹则不加控制。在点位控制中，只注意工业机器人在工作程序中应到达的各定位点，至于它是怎样到达这些点，即中间经过什么路径达到各点，则是无关紧要的。这种方式可以达到较高的重复定位精度(0.05mm)。
点位控制又分为两点控制和多点控制两种如果机器人抓取和放置工件的位置都是准确而固定的，如冷加工自动线上传递工件的专用机械手，是由挡块，行程开关等来定位的。则可以采用起点和终点的“两点控制方式”。而与次不同，如自动仓库中传输物料的工业机器人，则要求多点定位，而且要经常更换设定位置。这时一般装有位置检测器，作为运动位置的反馈，即采用“多点控制方式”。
定位点为二点的点为控制，采用开关型“（ON-OFF）控制机构就可以实现，多点定位控制，一般要采用带反馈环节（行程检测元件）的闭环伺服控制机构，或者数控开环机构。
2.连续轨迹控制方式
不仅要控制行程中所有中间点的位置和终点位置，而且，还应对运动轴同时进行连续控制。这种控制方式的中间定位点是无限多的。如焊接、喷漆等工业机器人，需要采用连续轨迹控制方式，在控制其运动轨迹的同时，还需要控制其运动速度与加减速。
连续轨迹控制，一般要采用闭环伺服机构（也有少数采用数控开环伺服机构）。位置信息的给定方式有两种：
(1)示教方式
通过操作杆或示教盒，将连续轨迹上各点坐标值输到存储单元（同时也可以输入机器人通过各点的运动速度等条件）。
(2)数值控制方式
将机器人动作端的运动数值化，根据数值指令进行动作。可以给出机器人运动轨迹的数字式，利用数控插补运算功能，进行直线、圆弧、抛物线、椭圆等函数插补运算，控制机器人运动轨迹。
事实上，在连续轨迹控制中，也不一定都是一点不差的跟踪控制。例如，在示教时，每隔一定时间间隔或距离，记录一点的坐标值。当再现时，把这些点群按直线或圆弧连接起来形成轨迹。这种方式对于降低工业机器人的控制器，特别是存储器的成本是有益的。此次机器人可以运用双摄象机跟踪控制。
目前，在激光加工等许多应用领域中对工业机器人的精度特别是连续运动轨迹精度提出了较高的要求。因此研究和建立能够方便地检测工业机器人运动轨迹准确度的方法具有重要意义。目前常用的机器人检测技术分为接触式和非接触式两类，接触式测量方法测量速度慢，测量范围有限，不能满足运动轨迹准确度CP(Continuouspath)性能检测的要求。非接触式测量方法分为主动感觉系统和被动视频系统两种。主动感觉系统向被测物体发送如红外线、激光和超声波等信号，通过检测返回的信号来获取机器人的位置信息。此方法结构复杂、操作难度大、计算过程繁琐和成本昂贵。基于多目视觉的被动视频系统受到广泛关注,但现有的多目视觉系统在进行三维空间大范围、连续运动测量时，还有待于在系统结构、性能和价格等方面进一步完善。
以立体视觉理论为基础，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型基础上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案，对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进行了检测。结果表明，该检测方法简单实用，基本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。
三维空间内的一个点可以用世界坐标系(xw,yw,zw)表示。它发出的光经过摄像机采集并以标准视频信号的形式输入计算机，再由图像采集卡将其转换为数字图像，即一个二维数组，组元(即是图像中的一个像素)的数值为图像的亮度。以像素为单位定义直角坐标系，像素的坐标(u, v)分别对应该像素在二维数组中行和列。定义摄像机坐标系(x, y,z)以摄像机光心O为原点，光轴为ze, xc轴和yc轴分别与上述坐标系的u, v轴对应。可以用针孔模型(Pin holemodel)表示摄像机的光学成像过程,如图4-3。
图4-3 摄像机的光学成像过程
根据双目视觉理论和空间解析几何的相关内容建立了工业机器人运动轨迹位姿检测的数学模型。应用该模型对一种关节型工业机器人的轨迹进行测量。结果表明，根据该模型建立的检测系统能够简单方便地测量工业机器人的运动轨迹位置准确度和轨迹姿态准确度，测量结果可靠，具有一定的应用前景。该方法也为机器人运动过程位姿的控制提供了基础[20]。
4.2.2速度控制
对工业机器人的运动控制来说，在位置控制的同时，还要进行速度控制。
如上所述，在连续轨迹控制方式的情况下，一般采用闭环伺服控制机构，机器人能按照存储在电控装置中的指令，控制运动部件的运动速度和实行加、减速。这种系统有良好的运动特性。在控制位置的同时，可以控制运动速度，从而满足运动平稳定位准确的要求，整个运动过程中的速度易于控制，便于实现较理想的速度特性。
为了保证运动快速、平稳、定位精度高，机器人的行程要遵循一定的速度变化曲线图4-4。由于工业机器人是一种工作情况（行程、负载）多变、惯性负载大的运动机械，要处理好快速与平稳的矛盾，必须注意起动加速和停止前的减速这两个过渡运动区段。
图4-4 机器人一个行程的速度时间曲线
在起动加速段，由于机器人运动部件和被搬运工件的惯量，在有限的动力驱动下，本身就有一个逐渐升速的过程。所以，不必采取特殊的措施。而当机器人接近目标定位点时，则要求施行减速，以避免定位时冲击，保证较高的定位精度。
4.3 控制装置的软件系统
4.3.1喷漆机器人软件系统
喷漆机器人控制系统的软件包括以实时操作控制为核心的模块结构、机器人语言、自动编程软件、空间轨迹规划极其实时算法软件、自动诊断软件、人—机对话软件等。该软件系统的总体结构如图4-5。
图4-5 软件系统总体结构图
由于采用模块化的阶层构造，实现了软件系统的灵活性、扩展性。达到了下列目的[21]：
(1)基本软件 是通用系统软件，可适用于不同机种与作业。
(2)显示 不同机种只改变画面结构与文字。
(3)作业条件 引入变量参数，机种不同只需重新定义。
(4)I/O控制 I/O控制分通用口与专用口，专用口在喷漆机器人控制上配喷漆接口板。
(5)坐标变换与插补计算 备有通用标准函数计算库，同时可根据不同的机种配置不同的坐标变换与插补计算模块。
(6)伺服控制 对同一执行机构，其模块是通用的。
传感器与上位管理机，还留出了用于扩展的接口，主要有：
(1)机器人语言 机器人的语言命令是一种使用户非常容易理解的语言，语言中的每个语句命令都与某种功能相对应，喷漆机器人的各种动作都可以用这些语句的组合来完成。
(2)人—机对话语言命令 人—机对话是采用“软键”与“定义键”组来完成操作者与机器人的对话。操作者只要指定机器人当时的工作性质，机器人就能按已定的工作性质顺序逐项地通过CRT与操作者对话，该部分语言序列以文字形式出现，起引导、提示作用，使操作者能快速编程和简单、直观地管理与监视机器人。
(3)软件的数据结构 该软件数据结构采用分离构造、可变格式、引入变量常数及综合链、队等结构。
4.3.2喷漆机器人喷漆系统
喷漆机器人喷机系统是喷漆机器人的关键配套设备，主要由三部分组成：喷漆电源、喷漆管路装置及接口箱。
(1)喷漆电源由集成电子元件和可控硅元件控制，采用可控硅整流方式。它应用了瞬间控制技术、输出电流波形控制技术等，使该喷漆电源具有优良的启动性能和中电流区域(180~280A)扩散区域明显减小的特点，提高了喷漆的外观及喷漆的质量。喷漆电源调节范围为60~300A，喷漆电压调节范围为16~36V。
(2)接口箱用于喷漆电源与喷漆机器人控制装置之间的信号传递和处理。一方面传递控制装置指令，使其自动调整喷漆参数（如喷漆电流、电压、喷漆速度）；另一方面监测喷漆过程、状态，使喷漆机器人控制装置实时监控喷漆状态，判断有无喷漆故障发生（如堵塞、无油漆等），保证喷漆机器人的顺利安全工作。图4-6所示为接口箱与喷漆电源、机器人控制装置之间的关系框图，图中指令包括喷漆参数、喷漆、停止喷射、结束等。
图4-6 接口关系框图
该喷漆机器人具有结构紧凑、体积小、占地面积小、动作灵活、速度快、工作范围大、重复位置精度高、操作调整方便、工作稳定可靠等一系列特点。
4.3.3推广情况
随着我国国民经济建设的发展，喷漆机器人除了在汽车、自行车、摩托车等行业推广应用外，还可用于工程机械、通用机械和家用电器行业的喷漆生产作业中。因此喷漆机器人的推广应用将直接促进工业机器人这一高新技术产业的形成，推动我国机电一体化技术的发展以及产业结构的调整，对促进我国的经济振兴和发展有重要的意义。