多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人的制作方法_3

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的运动学逆解唯一,因而运动轨迹规划简单,控制策略容易实现,从根本上避免了串联式喷涂机器人求运动学逆解的低效率。最后,喷涂机器人的串联-并联式结构,虽然不能从根本上消除关节串联时的弊端,但是却能大幅降低机器人作业过程中的故障概率。
【附图说明】
[0049]图1是本发明多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人总体结构示意图;
[0050]图2是本发明多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人基座分总成结构示意图;
[0051]图3A是图2中A向所示本发明顶基座分总成局部俯视图;
[0052]图3B是图2中B向所示本发明顶基座分总成侧视图;
[0053]图4A是图2中A向所示本发明上基座顶部局部俯视图;
[0054]图4B是图2中B向所示本发明上基座局部侧视图;
[0055]图5A是本发明中基座主视图;
[0056]图5B是本发明中基座侧视图;
[0057]图6A是本发明下基座主视图;
[0058]图6B是本发明下基座顶部俯视图;
[0059]图7A是本发明第I连杆主视图;
[0060]图7B是本发明第I连杆侧视图;
[0061]图8A是本发明第2连杆主视图;
[0062]图8B是本发明第2连杆侧视图;
[0063]图9A是本发明第3连杆主视图;
[0064]图9B是本发明第3连杆侧视图;
[0065]图1OA是本发明第4连杆主视图;
[0066]图1OB是本发明第4连杆侧视图;
[0067]图1lA是本发明第7连杆主视图;
[0068]图1lB是本发明第7连杆侧视图;
[0069]图12A是本发明第8连杆主视图;
[0070]图12B是本发明第8连杆侧视图;
[0071]图13A是本发明喷头与动平台分总成主视图;
[0072]图13B是本发明喷头与动平台分总成俯视图;
[0073]图14-图15为现有技术的平行连杆机构及工业用机器人结构示意图;
[0074]其中是个发明多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人主要附图标记表示如下:
[0075]1-第I电机;2_下基座;3_旋转中基座;4_旋转上基座;5_第3电机;6_第4电机;7-第5连杆;8-第6连杆;9-第3连杆;10_第7连杆;11_第8连杆;12_第I连杆;13-第4连杆;14_第6电机;15_喷头;16_第2连杆;17_第5电机;18_顶基座;19_第2电机;20_动平台。
【具体实施方式】
[0076]下面将结合附图,详细描述本发明的发明构思,旨在说明本发明要解决的技术问题,所采用的技术手段,以及所采用的每一个技术特征在解决上述技术问题中的作用与功能,以及说明采用的上述技术手段解决的技术问题所能达到技术效果。
[0077]如图1-2所示,图1是本发明多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人总体结构示意图;图2是本发明多平行四边形连杆并行的串并联驱动喷涂机器人基座分总成结构示意图。基座分总成包括旋转的顶基座18、旋转的上基座4、旋转的中基座3和固定的下基座2 ;驱动电机包括第I电机1、第2电机19、第3电机5、第4电机6、第5电机17和第6电机14。
[0078]如图2、6所示,下基座2的功能是对整个机构除下基座2之外的部分提供支撑作用。下基座2—般与导轨或地面通过螺栓固定,在基座的正中开孔放置第I电机I。下基座2的设计主要考虑了结构的紧凑性,在保证下基座2结构可靠性的基础上,使零部件在生产中尽可能减少对原材料的消耗。
[0079]第I电机I放置在下基座2的正中心,其输出的动力经减速器、圆锥滚子轴承等传递到旋转中基座3 (图中未示出),下基座2和中基座3的几何中心垂直轴线重合,中基座3绕其几何中心垂直轴线转动,上述3个旋转的的转动将带动除下基座2之外整个机构的转动。
[0080]如图2、5所示。中基座3的功能有两项,首先是对上基座4的安装提供支撑作用;其次是将第I电机I的动力传递给下基座2及与之相联的其他部件,使整个机构除下基座2之外的部分绕Z轴转动。在结构设计上需要保证中基座3和下基座2的几何中心线重合,同时当上基座4绕Y轴旋转时不会产生干涉。中基座3的结构是实心的,当其体积较大时质量必然较大。中基座3的设计方案考虑了轻量化,在确保实现功能的基础上使第I电机I消耗的能量较少。中基座3的外观还可以设计成圆台状,在零部件的制造上仍然可行,仅仅是增加了一些加工的难度。
[0081]如图2、4所示。上基座4的功能主要是对项基座18提供支撑作用、传递中基座3的动力以便使机构相对于下基座2绕Z轴转动、对第2电机19的安装提供支撑作用。要实现上基座4在第2电机19的驱动下绕Y轴做转动,需要在结构上保证其与中基座3无干涉的前提下,第2电机19的转动轴线与中基座3头部的转动轴线重合。第2电机19可以固定在上基座4的侧面,也可以布置在上基座4的两个肋板之间即中基座3的头部,这两种安装方式在本质上具有相同的效果。
[0082]如图2、4、5所示,上基座4的几何中心垂直轴线与中基座3的几何中心垂直轴线能否重合,取决于中基座3是否绕Z轴旋转。在有效的转角范围内,如果产生了旋转角度,其二者的几何中心垂直轴线便不重合。第2电机19输出的动力经减速器、圆锥滚子轴承传递到上基座4 (图中未示出),使上基座4输出的转速和扭矩满足喷涂工况的要求。第2电机19输出的动力将使除固定中基座3和旋转的下基座2之外的整个机构产生一个转动,转动的频率取决于第2电机19的转速。
[0083]如图1-3所示。顶基座18的功能有以下3项功能:首先是对第4电机6、第5电机17、第6电机14、第I连杆12、第2连杆16、第5连杆7的装配提供支撑作用;其次是能在第3电机5的驱动下,整个机构除上基座4、中基座3和下基座2之外的部分相对上基座4绕Z轴转动;再者,顶基座18能够传递第2电机19的动力,使整个机构除中基座3、下基座2之外的部分相对中基座3绕Y轴转动。为实现上述功能,首先要在结构上保证第4电机6、第5电机17和第6电机14能够水平共轴线,安装第4电机6和第5电机17的两个肋板之间要有足够的空间,以便能无干涉的安装变截面第I连杆12、第6电机14、第6电机14配套的减速器、第3电机5等部件。项基座18在保证结构可靠性的前提下,尽可能减少自身重量以节约第I电机1、第2电机19和第3电机5驱动时消耗的能量。同时,顶基座18设计为圆形截面是基于结构的美观性和紧凑性要求。
[0084]第2电机19、减速器等部件经法兰盘固定在上基座4的侧面,也可将第2电机19安装于旋转中基座3头部中心,其安装方式能减小基座加速旋转时产生的振动幅度,但是会造成第2电机19、轴承及减速机维修的不便。顶基座18的几何中心线与上基座4的几何中心线始终重合,同时第3电机5输出的动力经减速器、圆锥滚子轴承施加在顶基座18,使除旋转顶基座18、上基座4、中基座3和下基座2之外的所有机构产生绕下基座2几何中心线的转动。项基座18和中基座3都能产生绕Z轴的旋转运动,如此设计的目的就是为了避免串联机构固有的弊端,使机构具有并联机构的特性,较好的降低其机构工作时可能产生的故障概率。
[0085]项基座18、上基座4、中基座3构成了 3个旋转基座,3个旋转基座的综合运动可以使喷头15快速到达作业位置。所述下基座2与导轨或地面通过螺栓固定,旋转的中基座3在第I电机I驱动下相对下基座2绕Z轴转动;旋转的上基座4在第2电机19驱动下相对旋转中基座3绕Y轴转动;旋转的项基座18在第3电机5驱动下相对于旋转的上基座4绕Z轴转动。因此,上述3个旋转的中基座3、上基座4、顶基座18构成了串联式驱动方式,但与传统机器人的串联式驱动方式有所不同,上述3个旋转的基座具有三个转动自由度,分别为2个绕Z轴的转动自由度和I个绕Y轴的转动自由度。
[0086]如图1所示,连杆的运动主要是实现在一定喷涂区域内的移动以及喷头姿态的调整。第5连杆7在第4电机6的驱动下产生绕第2连杆16、第I连杆12和第5连杆7共同轴线的转动。第6连杆8与第5连杆7是铰接连接的方式,将使第7连杆10、第8连杆11产生平动。假定第4连杆13不动,则喷头15将以喷头与第4连杆13、第8连杆11的交点连线为“半径”转动。同理,假定第8连杆11不动,第2连杆16在第5电机17的驱动下绕与第5连杆7共同的轴线转动,因第3连杆9与第2连杆16、第3连杆9与第4连杆13的铰接关系,将使喷头做平动。在实际中,由于喷涂机器人大多对复杂曲面进行作业,这就要求对6个驱动电机进行精确的控制,甚至还需要对控制喷涂流量泵轮的驱动电机也进行协同控制,才能使机器人的喷涂质量达到预先设定的要求。
[0087]喷涂机器人的喷涂质量,受喷涂轨迹跟踪和喷涂流量控制方面的影响较大。一般需要对喷头的位置坐标和姿态进行控制,具体由对6个驱
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