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本文以大型特种工件的隔热层喷涂为工程应用背景,对大工作空间自动喷涂装备进行系统研究。首先依据特种工件喷涂要求,进行喷涂装备功能分析,确定自动喷涂装备原理方案和系统组成；对喷涂机器人结构进行了详细设计,对喷涂机器人进行运动仿真分析和关键部件的有限元分析,确定喷涂机器人机械本体的结构尺寸；根据实验要求依据设计结果研制一套喷涂机器人缩比实验样机,开展了相关实验研究。理论分析结果和实验结果表明,本设计能够满足大型特种工件喷涂工作空间、轨迹规划、喷涂效率及结构强度要求,为真实样机的研制提供了依据,论文研究工作具有重要的理论意义和实际应用价值。论文具体研究内容如下：(1)依据大型特种工件喷涂要求进行功能分析,确定喷涂装备系统的基本组成,在此基础上重点对喷涂机器人本体进行构型方案设计,通过对多个喷涂机器人构型方案的对比分析,最终确定采用能够满足大工作空间喷涂需要的框架式喷涂机器人构型方案。(2)进行框架式喷涂机器人结构设计。配置了三个移动轴和两个姿态轴用以满足喷枪在空间的位置和姿态要求,并对各轴的传动单元、导轨结构、伺服电机等进行了详细的设计和计算,建立了三维虚拟样机模型。(3)采用D-H方法建立了喷涂机器人运动学解析模型,并用mathematica求解出解析解；对喷涂机器人喷涂轨迹进行规划研究,依据喷涂路径规划结果,在ADAMS中对机构进行运动学仿真,仿真结果表明喷涂机器人结构设计能够满足喷涂工作空间和喷涂轨迹规划要求。(4)针对框架式喷涂机器人大工作空间的特点,运用ANSYS Workbench对大跨距、中间无支撑的Y轴横梁组进行了结构静力学分析和模态分析,对喷涂机器人横梁组的结构强度进行校核,分析结果表明结构设计能够满足强度和刚度要求。(5)根据前述设计结果研制一套缩比实验样机,完成安装调试后,编写程序进行喷涂轨迹和运动参数相关实验,实验结果表明本文所做喷涂机器人设计能够满足喷涂技术要求。