专利名称：一种基于三自由度并联机构的五自由度喷涂机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车零部件喷涂生产领域的 五自由度喷涂机器人
背景技术：
随着现代汽车工业的迅速发展，汽车型号和车体设计的不断调整，国内汽车生产 正在向大规模、高质量和低成本的方向发展，在此背景下，传统的手工喷涂已经无法满足大 多数整车厂车身涂装的要求，喷涂技术一步步的从手工喷涂、半自动喷枪喷涂发展到了如 今的机器人自动喷涂，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。到目前为止，喷 涂机器人已成为国内市场上运用最多的工业机器人之一。喷涂机器人成为汽车工业喷涂生产线和首选设备，然而由于我国工业机器人技术 的局限，自主研发的喷涂机器人往往存在精度不够，控制能力低下的缺点，目前我国大多数 汽车涂装生产线仍然在采用自动喷涂机设备，少数企业所采用的自动喷涂机器人大部分都 是来自国外的设备制造商，成套引进这些设备不仅价格昂贵，而且维护成本高，一旦设备出 现故障，维修周期较长，更甚者有可能在维修期间导致整条生产线的停产，造成企业巨大的 资源浪费和财产损失，因此实现自动静电涂装设备的国产化，提高对喷涂机器人的研究水 平，打破国外厂商的技术垄断成为当前亟需解决的问题，这对于我国机器人产业以及汽车 产业具有重大意义。通过调研发现，国内大多数汽车厂商采用的国外公司的喷涂机器人都是六自由度 的，但是在实际应用中喷涂机器人只需要五自由度(三个移动自由度和两个转动自由度) 就能完成所有喷涂作业。此外现已应用的传统喷涂机器人都是采用仿人手臂的串联机构， 通过对运动轨迹的合理规划完成自动化喷涂作业。但由于我国制造业整体技术水平的限 制，至今未能对串联机器人的精度不高问题做出实质性的突破，串联式喷涂机器人的控制 相对较复杂，而且这种串联式机器人由于结构形式单一，很难取得知识产权突破。相对于串联机构，并联机构是由多个支链构成的闭环机构，具有以下优点结构 简单紧凑、刚度高、单位重量上承载能力大、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运 动，轨迹易于控制等优点。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种基于空间三自由度并联机构的五自由度喷涂机器 人，其是基于空间三自由度的并联机构在导轨上实现大范围垂直和水平移动的喷涂装置。本发明提供了一种基于三自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，包括喷涂 作业单元、垂直移动单元、水平移动单元三个部分，所述喷涂作业单元包括主体结构和安装 有雾化器的动平台，所述主体结构的圆形运动机架的两侧各通过与运动机架一体的滑动构 件安装在垂直导轨上以实现竖直方向的移动，所述垂直导轨和主体结构作为整体安装在水 平导轨上以实现水平移动；在运动初始状态时，动平台和运动机架互相平行，将水平移动单元的运动、垂直移动单元的运动与主体结构的运动相结合，即可实现位于所述动平台上的 雾化器喷头的五自由度运动，所述水平导轨可以为水平直线导轨或弧形导轨以用来适应对 不同零部件的喷涂作业。本发明中的主体结构为三自由度空间并联机构，其包括一个动平台、一个运动机 架以及连接所述动平台和运动机架之间的第一支链、第二支链和第三支链，三个支链的结 构完全相同并等分圆形运动支架的圆周；所述的第一支链、第二支链、第三支链均包括滑 块、连杆以及运动副组，每个支链的运动副组各有三个运动副一个是连接于运动机架和滑 块之间的转动副，一个是连接于滑块和连杆之间的移动副，第三个是连接于连杆和动平台 之间的球副，当所述的移动副被驱动时，实现动平台的一个移动自由度和两个转动自由度。本发明中的五自由度运动为三个移动自由度和两个转动自由度。根据本发明，由于该机 器人同时拥有并联机构和串联机构的优点，用所述的喷涂 机器人可对不同形状和规格的汽车零部件进行喷涂作业。本发明中的喷涂机器人有如下优点(1)柔性程度高，可适应不同零部件的喷涂 作业环境；(2)其速度快、灵活性好；(3)相对于串联机构更容易控制，喷涂精度易于保证； (4)工作空间大，在导轨上可实现大范围移动；(5)结构对称，易于制造，成本较低，更容易 实现模块化加工。
图1为本发明实施例的结构示意图。图中1-水平导轨、2-垂直导轨、3-第三连杆、4-第一滑块、5-第一连杆、6-运动机 架、7-第二连杆、8-第二滑块、9-动平台、10-雾化器、11-第三滑块、12-待喷涂零部件。
具体实施例方式本发明提出的基于三自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，结合附图1及 实施例详细说明如下本发明所述的基于三自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，包括喷涂作业 单元、水平移动单元和垂直移动单元三个部分。所述实现喷涂动作的机构是一个三自由度 空间并联机构，该三自由度空间并联机构构成机器人的主体结构，该并联机构的圆形运动 机架6的两侧与垂直导轨2通过移动副连接，实现喷涂机器人的大范围垂直移动；运动机架 6和垂直导轨2作为整体通过移动副和水平导轨1连接，来实现喷涂机器人的大范围水平移 动。所述喷涂机器人的喷涂作业单元，包括一个雾化器10、一个动平台9、一个圆形运 动机架6和连接所述动平台9和运动机架6之间的结构相同的第一、第二以及第三支链，所 述的雾化器10安装在动平台9上，初始状态时，动平台9和运动机架6互相平行。所述的 三个支链在动平台和运动机架上等分对称呈120°布置，三个支链的机构相同，第一支链包 括第一滑块4、第一连杆5和运动副组；第二支链包括第二滑块8、第二连杆7和运动副组； 第三支链包括第三滑块11、第三连杆3和运动副组。所述的运动副组各有三个运动副，分 别是连接第一滑块4和运动机架6之间的转动副、连接第一滑块4和第一连杆5之间的移 动副，连接第一连杆5和动平台9之间的球副；和连接第二滑块8和运动机架6之间的转动畐|J，第二滑块8和第二连杆7之间的移动副，第二连杆7和动平台9之间的球副；以及连接 第三滑块11和运动机架6之间的转动副，连接第三滑块11和第三连杆3之间的移动副，连 接第三连杆3和动平台9之间的球副。上述的三个移动副分别被驱动，控制动平台9的位 姿，实现其一个移动自由度和两个转动自由度的运动。 通过将水平移动单元的运动、垂直移动单元的运动和空间并联机构单元的运动相 结合，可实现该喷涂机器人的五自由度运动，可以完成对绝大多数的汽车零部件的喷涂作 业。本实施例图1中导轨1是直线形的，可以理解的是，如有需要可以将其导轨1变成弯曲 的弧形，以适应不同形状和规格的待喷涂零部件12的喷涂作业环境，同时由于运动机架9 竖直放置，便于一些喷涂大型的汽车零部件。本发明所述的喷涂机器人的结构对称，灵活性好、精度和刚度高，易于制造，方便 控制，容易实现模块化制造。本发明不限于上述的具体实施方式
，本领域的技术人员在本发明的技术方案的启 示下作出相应的替换和修改，均在本发明权利要求的保护范围之内。
权利要求
一种基于三自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，包括喷涂作业单元、垂直移动单元、水平移动单元三个部分，所述喷涂作业单元包括主体结构和安装雾化器的动平台，所述主体结构的圆形运动机架的两侧各通过与运动机架一体的滑动构件安装在垂直导轨上以实现竖直方向的移动，所述垂直导轨和主体结构作为整体安装在水平导轨上以实现水平移动；在运动初始状态时，动平台和运动机架互相平行，将水平移动单元的运动、垂直移动单元的运动与主体结构的运动相结合，即可实现位于所述动平台上的雾化器喷头的五自由度运动，所述水平导轨可以为水平直线导轨或弧形导轨以用来适应对不同零部件的喷涂作业；其中所述的主体结构为三自由度空间并联机构，其包括一个动平台、一个运动机架以及连接所述动平台和运动机架之间的第一支链、第二支链和第三支链，三个支链的结构完全相同并等分圆形运动支架的圆周；所述的第一支链、第二支链、第三支链均包括滑块、连杆以及运动副组，每个支链运动副组各有三个运动副一个是连接于运动机架和滑块之间的转动副、一个是连接于滑块和连杆之间的移动副、第三个是连接于连杆和动平台之间的球副，当所述的移动副被驱动时，实现动平台的一个移动自由度和两个转动自由度。
2.如权利要求1所述的喷涂机器人，其特征在于所述的五自由度运动为三个移动自由 度和两个转动自由度。
3.根据权利要求1或2所述的喷涂机器人，可用于汽车零部件的自动化喷涂作业。
全文摘要
本发明涉及一种基于三自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，包括喷涂作业单元、垂直移动单元、水平移动单元三个部分，所述喷涂作业单元包括主体结构和安装有雾化器的动平台，所述主体结构是三自由度空间并联机构，该三自由度空间并联机构的圆形运动机架安装在两侧的垂直导轨上，可以实现竖直方向的移动；所述垂直导轨和三自由度空间并联机构作为整体安装在水平导轨上，可以实现水平移动，将水平移动单元的运动、垂直移动单元的运动与三自由度空间并联机构的运动相结合，可实现位于所述动平台上的雾化器喷头的五自由度运动。所述喷涂机器人的结构对称，灵活性好、精度和刚度高，易于制造，方便控制，容易实现模块化。
文档编号B05B15/08GK101966501SQ20101050756
公开日2011年2月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者仇洪根, 刘辛军, 王立平, 陈祥 申请人:江苏长虹涂装机械有限公司