一種基於三自由度並聯機構的五自由度噴塗機器人的製作方法
2023-06-04 04:52:01
專利名稱：一種基於三自由度並聯機構的五自由度噴塗機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械製造領域，具體涉及一種能夠應用於汽車零部件噴塗生產領域的 五自由度噴塗機器人
背景技術：
隨著現代汽車工業的迅速發展，汽車型號和車體設計的不斷調整，國內汽車生產 正在向大規模、高質量和低成本的方向發展，在此背景下，傳統的手工噴塗已經無法滿足大 多數整車廠車身塗裝的要求，噴塗技術一步步的從手工噴塗、半自動噴槍噴塗發展到了如 今的機器人自動噴塗，只有採用機器人才能適應這種頻繁變化的生產要求。到目前為止，噴 塗機器人已成為國內市場上運用最多的工業機器人之一。噴塗機器人成為汽車工業噴塗生產線和首選設備，然而由於我國工業機器人技術 的局限，自主研發的噴塗機器人往往存在精度不夠，控制能力低下的缺點，目前我國大多數 汽車塗裝生產線仍然在採用自動噴塗機設備，少數企業所採用的自動噴塗機器人大部分都 是來自國外的設備製造商，成套引進這些設備不僅價格昂貴，而且維護成本高，一旦設備出 現故障，維修周期較長，更甚者有可能在維修期間導致整條生產線的停產，造成企業巨大的 資源浪費和財產損失，因此實現自動靜電塗裝設備的國產化，提高對噴塗機器人的研究水 平，打破國外廠商的技術壟斷成為當前亟需解決的問題，這對於我國機器人產業以及汽車 產業具有重大意義。通過調研發現，國內大多數汽車廠商採用的國外公司的噴塗機器人都是六自由度 的，但是在實際應用中噴塗機器人只需要五自由度(三個移動自由度和兩個轉動自由度) 就能完成所有噴塗作業。此外現已應用的傳統噴塗機器人都是採用仿人手臂的串聯機構， 通過對運動軌跡的合理規劃完成自動化噴塗作業。但由於我國製造業整體技術水平的限 制，至今未能對串聯機器人的精度不高問題做出實質性的突破，串聯式噴塗機器人的控制 相對較複雜，而且這種串聯式機器人由於結構形式單一，很難取得智慧財產權突破。相對於串聯機構，並聯機構是由多個支鏈構成的閉環機構，具有以下優點結構 簡單緊湊、剛度高、單位重量上承載能力大、無誤差積累、運動部件質量小、易於實現高速運 動，軌跡易於控制等優點。
發明內容
針對以上問題，本發明提出一種基於空間三自由度並聯機構的五自由度噴塗機器 人，其是基於空間三自由度的並聯機構在導軌上實現大範圍垂直和水平移動的噴塗裝置。本發明提供了一種基於三自由度空間並聯機構的五自由度噴塗機器人，包括噴塗 作業單元、垂直移動單元、水平移動單元三個部分，所述噴塗作業單元包括主體結構和安裝 有霧化器的動平臺，所述主體結構的圓形運動機架的兩側各通過與運動機架一體的滑動構 件安裝在垂直導軌上以實現豎直方向的移動，所述垂直導軌和主體結構作為整體安裝在水 平導軌上以實現水平移動；在運動初始狀態時，動平臺和運動機架互相平行，將水平移動單元的運動、垂直移動單元的運動與主體結構的運動相結合，即可實現位於所述動平臺上的 霧化器噴頭的五自由度運動，所述水平導軌可以為水平直線導軌或弧形導軌以用來適應對 不同零部件的噴塗作業。本發明中的主體結構為三自由度空間並聯機構，其包括一個動平臺、一個運動機 架以及連接所述動平臺和運動機架之間的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，三個支鏈的結 構完全相同並等分圓形運動支架的圓周；所述的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈均包括滑 塊、連杆以及運動副組，每個支鏈的運動副組各有三個運動副一個是連接於運動機架和滑 塊之間的轉動副，一個是連接於滑塊和連杆之間的移動副，第三個是連接於連杆和動平臺 之間的球副，當所述的移動副被驅動時，實現動平臺的一個移動自由度和兩個轉動自由度。本發明中的五自由度運動為三個移動自由度和兩個轉動自由度。根據本發明，由於該機 器人同時擁有並聯機構和串聯機構的優點，用所述的噴塗 機器人可對不同形狀和規格的汽車零部件進行噴塗作業。本發明中的噴塗機器人有如下優點(1)柔性程度高，可適應不同零部件的噴塗 作業環境；(2)其速度快、靈活性好；(3)相對於串聯機構更容易控制，噴塗精度易於保證； (4)工作空間大，在導軌上可實現大範圍移動；(5)結構對稱，易於製造，成本較低，更容易 實現模塊化加工。
圖1為本發明實施例的結構示意圖。圖中1-水平導軌、2-垂直導軌、3-第三連杆、4-第一滑塊、5-第一連杆、6-運動機 架、7-第二連杆、8-第二滑塊、9-動平臺、10-霧化器、11-第三滑塊、12-待噴塗零部件。
具體實施例方式本發明提出的基於三自由度空間並聯機構的五自由度噴塗機器人，結合附圖1及 實施例詳細說明如下本發明所述的基於三自由度空間並聯機構的五自由度噴塗機器人，包括噴塗作業 單元、水平移動單元和垂直移動單元三個部分。所述實現噴塗動作的機構是一個三自由度 空間並聯機構，該三自由度空間並聯機構構成機器人的主體結構，該並聯機構的圓形運動 機架6的兩側與垂直導軌2通過移動副連接，實現噴塗機器人的大範圍垂直移動；運動機架 6和垂直導軌2作為整體通過移動副和水平導軌1連接，來實現噴塗機器人的大範圍水平移 動。所述噴塗機器人的噴塗作業單元，包括一個霧化器10、一個動平臺9、一個圓形運 動機架6和連接所述動平臺9和運動機架6之間的結構相同的第一、第二以及第三支鏈，所 述的霧化器10安裝在動平臺9上，初始狀態時，動平臺9和運動機架6互相平行。所述的 三個支鏈在動平臺和運動機架上等分對稱呈120°布置，三個支鏈的機構相同，第一支鏈包 括第一滑塊4、第一連杆5和運動副組；第二支鏈包括第二滑塊8、第二連杆7和運動副組； 第三支鏈包括第三滑塊11、第三連杆3和運動副組。所述的運動副組各有三個運動副，分 別是連接第一滑塊4和運動機架6之間的轉動副、連接第一滑塊4和第一連杆5之間的移 動副，連接第一連杆5和動平臺9之間的球副；和連接第二滑塊8和運動機架6之間的轉動畐|J，第二滑塊8和第二連杆7之間的移動副，第二連杆7和動平臺9之間的球副；以及連接 第三滑塊11和運動機架6之間的轉動副，連接第三滑塊11和第三連杆3之間的移動副，連 接第三連杆3和動平臺9之間的球副。上述的三個移動副分別被驅動，控制動平臺9的位 姿，實現其一個移動自由度和兩個轉動自由度的運動。 通過將水平移動單元的運動、垂直移動單元的運動和空間並聯機構單元的運動相 結合，可實現該噴塗機器人的五自由度運動，可以完成對絕大多數的汽車零部件的噴塗作 業。本實施例圖1中導軌1是直線形的，可以理解的是，如有需要可以將其導軌1變成彎曲 的弧形，以適應不同形狀和規格的待噴塗零部件12的噴塗作業環境，同時由於運動機架9 豎直放置，便於一些噴塗大型的汽車零部件。本發明所述的噴塗機器人的結構對稱，靈活性好、精度和剛度高，易於製造，方便 控制，容易實現模塊化製造。本發明不限於上述的具體實施方式
，本領域的技術人員在本發明的技術方案的啟 示下作出相應的替換和修改，均在本發明權利要求的保護範圍之內。
權利要求
一種基於三自由度空間並聯機構的五自由度噴塗機器人，包括噴塗作業單元、垂直移動單元、水平移動單元三個部分，所述噴塗作業單元包括主體結構和安裝霧化器的動平臺，所述主體結構的圓形運動機架的兩側各通過與運動機架一體的滑動構件安裝在垂直導軌上以實現豎直方向的移動，所述垂直導軌和主體結構作為整體安裝在水平導軌上以實現水平移動；在運動初始狀態時，動平臺和運動機架互相平行，將水平移動單元的運動、垂直移動單元的運動與主體結構的運動相結合，即可實現位於所述動平臺上的霧化器噴頭的五自由度運動，所述水平導軌可以為水平直線導軌或弧形導軌以用來適應對不同零部件的噴塗作業；其中所述的主體結構為三自由度空間並聯機構，其包括一個動平臺、一個運動機架以及連接所述動平臺和運動機架之間的第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，三個支鏈的結構完全相同並等分圓形運動支架的圓周；所述的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈均包括滑塊、連杆以及運動副組，每個支鏈運動副組各有三個運動副一個是連接於運動機架和滑塊之間的轉動副、一個是連接於滑塊和連杆之間的移動副、第三個是連接於連杆和動平臺之間的球副，當所述的移動副被驅動時，實現動平臺的一個移動自由度和兩個轉動自由度。
2.如權利要求1所述的噴塗機器人，其特徵在於所述的五自由度運動為三個移動自由 度和兩個轉動自由度。
3.根據權利要求1或2所述的噴塗機器人，可用於汽車零部件的自動化噴塗作業。
全文摘要
本發明涉及一種基於三自由度空間並聯機構的五自由度噴塗機器人，包括噴塗作業單元、垂直移動單元、水平移動單元三個部分，所述噴塗作業單元包括主體結構和安裝有霧化器的動平臺，所述主體結構是三自由度空間並聯機構，該三自由度空間並聯機構的圓形運動機架安裝在兩側的垂直導軌上，可以實現豎直方向的移動；所述垂直導軌和三自由度空間並聯機構作為整體安裝在水平導軌上，可以實現水平移動，將水平移動單元的運動、垂直移動單元的運動與三自由度空間並聯機構的運動相結合，可實現位於所述動平臺上的霧化器噴頭的五自由度運動。所述噴塗機器人的結構對稱，靈活性好、精度和剛度高，易於製造，方便控制，容易實現模塊化。
文檔編號B05B15/08GK101966501SQ20101050756
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者仇洪根, 劉辛軍, 王立平, 陳祥 申請人:江蘇長虹塗裝機械有限公司