室内墙壁喷涂机器人结构设计（附SolidWorks模型、CAD图纸、开题报告）

摘要

我国建筑涂装工程市场规模持续扩大，室内墙面喷涂作为精装修核心工序需求旺盛，但目前仍以人工施工作业为主，存在效率低下、喷涂精度不均、涂料浪费严重、人工成本高的问题，且涂料VOC成分会危害施工人员健康，高空作业还存在安全隐患。同时现有室内喷涂机器人在狭小空间适应性、核心部件集成优化等方面存在不足，难以完全适配国内室内装修的作业场景，因此开展室内墙壁喷涂机器人的结构设计研究具有重要的实际意义。

本研究以设计适配室内狭小空间的喷涂机器人为目标，明确喷涂精度±0.5mm、作业效率不低于8㎡/h等核心技术指标，将机器人机械结构划分为机架、行走、喷涂三大核心机构；通过对比选型确定麦克纳姆轮全向移动、高压喷雾+即时滚涂的作业方案，完成麦克纳姆轮、驱动电机、喷头、滚珠丝杠等关键零部件的设计计算与型号选型；采用SolidWorks软件开展关键零部件及整机的三维参数化建模与装配，并完成干涉检查，同时对滚刷组件的滚筒轴进行静力学有限元仿真分析。

研究完成了室内墙壁喷涂机器人的全套机械结构设计，构建的整机模型经干涉检查无碰撞，各运动部件协同性良好；滚筒轴仿真结果显示其最大应力为45.07MPa，远低于45号钢530MPa的屈服强度，最大位移4.587mm在允许范围内，强度与刚度均满足使用要求。该机器人结构紧凑，自重控制在50kg内，可适配0.8-1.2m宽度狭小通道、2.5-3.5m室内层高作业，各项指标均达到预设要求，为该机器人后续样机试制与加工装配提供了完整的结构设计依据。

关键词：室内墙壁喷涂机器人；结构设计；麦克纳姆轮；有限元仿真

1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.1.1 国内研究现状 1
1.1.2 国外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 3
2 方案设计 5
2.1 整体方案设计 5
2.2 行走装置方案设计 5
2.2.1 行走方式选择 5
2.2.2 确定原动机类型 6
2.2.3 确定传动机构 6
2.3 喷涂机构方案设计 6
2.3.1 喷涂方式选择 7
2.3.2 原动机类型选择 7
2.4 本章小结 8
3 关键零部件设计计算 9
3.1 行走装置关键零部件设计计算 9
3.1.1 车轮结构设计计算 9
3.1.2 电机选型 11
3.2 喷涂装置关键零部件设计计算 13
3.2.1 喷头选型 14
3.2.2 电机选型 15
3.2.3 带传动计算 16
3.2.4 滚珠丝杠机构选型计算 17
4 关键零部件的三维建模 21
4.1 建模软件与整体思路 21
4.2 机架底盘建模 21
4.3 喷涂机架建模 21
4.4 提升机构建模 22
4.5 喷涂机构建模 23
4.6 整机装配与干涉检查 23
4.7 本章小结 24
5 基于solidworks的有限元仿真 25
5.1 滚筒轴静力学分析原理 25
5.2 仿真前处理 26
5.4 本章小结 29
5 结论 30
参考文献 31
致谢 33