目前,由于塑胶玩具喷涂作业的复杂性,喷涂自动化程度仍然很低。国内塑胶玩具喷涂作业基本上还是靠手工完成,不仅劳动力成本高,而且喷涂作业对操作者的人身危害较大。因此,研究开发塑胶玩具自动喷涂机器具有重要的意义,而其中喷涂机械手是设计关键。国内外对于大型喷涂机械手的研究较多,有很多成熟的产品,但是针对塑胶玩具特点喷涂的机械手研究较少,商品化程度较低。
针对塑胶玩具喷涂特点,进行了喷涂机械手的结构设计与分析,提出了一种五自由度串联关节型玩具喷涂机械手,从仿真和分析的结果来看,机械手具有良好的喷涂性能。主要设计内容如下： 第一,分析了国内外喷涂机械手的研究现状,针对现有自动喷涂结构设计上存在的不足,提出了喷涂机械手结构设计的基本原则,在此基础上,通过对塑胶新型玩具生产企业的调研,分析了塑胶玩具自动喷涂的具体特点,提出了一种五自由度串联关节型喷涂机械手。基于作业空间,利用计算机辅助技术对本塑胶玩具喷涂机械手的结构参数进行了分析,随后建立了优化模型,计算得到机械手结构参数的初步优化解。从实用化角度考虑,提出了自动喷涂机器整体的结构方案和工作流程,以及机械手的控制方案。具体完成了机械手的机座、移动关节手臂、手腕的设计。 第二,采用笛卡尔坐标系,通过D-H齐次坐标变换建立了机械手的运动学模型,并进行正逆运动学的求解。根据机械手具体结构设计参数,利用三维实体建模软件Pro/Engineer建立机械手的实体样机模型,并通过Pro/Mechanism模块对其进行运动学仿真验证,使机械手整个运动过程直观化,仿真结果表明机械手的运动学方程求解完全正确。第三,基于蒙特卡洛模拟法,通过MATLAB编程对本塑胶玩具喷涂机械手工作空间进行了数值解的描绘与分析。同时提出一种三维模型运动包络立体图解法分析工作空间和工件的关系。