目前,由于塑膠玩具噴涂作業的復雜性,噴涂自動化程度仍然很低。國內塑膠玩具噴涂作業基本上還是靠手工完成,不僅勞動力成本高,而且噴涂作業對操作者的人身危害較大。因此,研究開發塑膠玩具自動噴涂機器具有重要的意義,而其中噴涂機械手是設計關鍵。國內外對于大型噴涂機械手的研究較多,有很多成熟的產品,但是針對塑膠玩具特點噴涂的機械手研究較少,商品化程度較低。

  針對塑膠玩具噴涂特點,進行了噴涂機械手的結構設計與分析,提出了一種五自由度串聯關節型玩具噴涂機械手,從仿真和分析的結果來看,機械手具有良好的噴涂性能。主要設計內容如下： 第一,分析了國內外噴涂機械手的研究現狀,針對現有自動噴涂結構設計上存在的不足,提出了噴涂機械手結構設計的基本原則,在此基礎上,通過對塑膠新型玩具生產企業的調研,分析了塑膠玩具自動噴涂的具體特點,提出了一種五自由度串聯關節型噴涂機械手。基于作業空間,利用計算機輔助技術對本塑膠玩具噴涂機械手的結構參數進行了分析,隨后建立了優化模型,計算得到機械手結構參數的初步優化解。從實用化角度考慮,提出了自動噴涂機器整體的結構方案和工作流程,以及機械手的控制方案。具體完成了機械手的機座、移動關節手臂、手腕的設計。 第二,采用笛卡爾坐標系,通過D-H齊次坐標變換建立了機械手的運動學模型,并進行正逆運動學的求解。根據機械手具體結構設計參數,利用三維實體建模軟件Pro/Engineer建立機械手的實體樣機模型,并通過Pro/Mechanism模塊對其進行運動學仿真驗證,使機械手整個運動過程直觀化,仿真結果表明機械手的運動學方程求解完全正確。第三,基于蒙特卡洛模擬法,通過MATLAB編程對本塑膠玩具噴涂機械手工作空間進行了數值解的描繪與分析。同時提出一種三維模型運動包絡立體圖解法分析工作空間和工件的關系。