串‑并联式喷涂机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种串‑并联式喷涂机器人，包括移动平台机构和喷涂作业部分。喷涂作业部分和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求。喷涂作业平台和竖直机构部分的连接采用滚珠丝杠直线导轨滑台模组形式。移动平台机构由水平运动机构和竖直运动机构组成，实现两个方向的移动。喷涂作业部分由动平台、滚珠丝杠支链和定平台形成三自由度并联机构。动平台上安装有喷头，滚珠丝杠的四个支链连接动定平台，定平台上安装有四个驱动丝杠转动的电机，动平台与四个支链连接。四个电机单元模块驱动丝杠伸缩，带动动平台实现x方向的移动、绕y、z轴的转动，从而能精确实现喷头姿态调整和喷距控制。

Series parallel robot

The invention discloses a series parallel type spraying robot, including mobile platform and spraying part. The spraying operation part and the mobile platform mechanism cooperate with each other so as to complete the movement requirements of the five degrees of freedom in the whole spraying process. The connection between the spraying platform and the vertical mechanism is made up of ball screw, linear guide rail and slide module. The moving platform mechanism is composed of a horizontal moving mechanism and a vertical moving mechanism, and the movement of the moving platform is realized in two directions. The spraying operation is formed by a moving platform, a ball screw, a branch and a fixed platform, and a three degree of freedom parallel mechanism is formed. A spray head is arranged on the movable platform, and the four branch chains of the ball screw rod are connected with the movable platform. The fixed platform is provided with four motors which drive the screw rod to rotate, and the movable platform is connected with the four branch chains. The four motor unit modules drive the lead screw telescopic and move platform to realize the movement of the X direction and the rotation of the Y and Z axes, so that the nozzle attitude adjustment and jet distance control can be realized accurately.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种新型的串-并联式喷涂机器人
技术介绍
相较于传统串联机器人，并联机器人在运动精度、速度、刚度、轻量化、动态响应特性、误差控制等方面都有更为优异的性能，因此在对运动轨迹有较高要求的工业领域中，比如对表面不规则件进行喷涂工作，并联机器人具有更好的应用前景。目前市场上或者专利中出现的并联喷涂机器人由于动力源、传动系统的限制，只能对较小范围区域进行喷涂，对于大型表面不规则区域的喷涂，比如车身部件，这些喷涂机器人将难以适应。目前一些方案采用一个大型龙门式的工作台，在工作台上的上下左右各个区域分别放置并联喷涂机器人，每个机器人负责对应一部分车身区域进行喷涂。这种方案可以实现对大型工件的喷涂，但存在工作台庞大、喷涂机器人数量多、总体造价高、柔性差等缺点，而且还需要考虑各机器人交叉区域的喷涂质量等技术问题。
技术实现思路
基于上述情况，本专利技术提出一种能实现空间三自由度运动的并联喷涂装置和一个能实现平面两轴大范围位移的移动工作台相结合的方案，工作时通过工作台两方向的长丝杠导轨做大范围位移，并通过三自由度并联装置调整喷头姿态及喷距，使喷头始终垂直于工件表面并保持恒定距离进行喷涂工作，实现对不规则表面任意点的喷涂。在传动系统上，现有的串联喷涂机器人多采用谐波减速器对电机输出进行速度变换，再通过齿轮齿条、杆组零件等一系列比较长的传动系实现终端预定的轨迹运动，本专利技术采用伺服电机输出动力到驱动螺母，驱动螺母直接驱动滚珠丝杠的短传动系传动，无需谐波减速器，并且丝杠部分在功能上又是连接喷涂头的连杆，大大简化了结构。由于移动平台可以利用丝杠导轨进行两轴大范围移动，并联机构只需负责喷头的姿态和喷距的调整，运动范围小，故外型尺寸小，重量轻，从而可进一步减小成本，简化传动。移动平台的设计采用了稳定性、精确性、传动刚度比较好的滚珠丝杠传动，同时同步带、滚珠丝杠直线导轨滑台模组等结构的采用进一步简化了传动机构。本专利技术采用的技术方案如下一种串-并联式喷涂机器人，由能实现平面两自由度大范围位移的移动平台机构和能实现空间三自由度作业的喷涂作业机构组成；所述的喷涂作业机构和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求；所述的移动平台机构由一个水平运动机构和一个竖直运动机构组成，可以实现喷涂作业机构在水平方向(Y方向)和竖直方向(Z方向)的移动。所述的喷涂作业机构由一个动平台、四个铰链、四个滚珠丝杠和一个定平台组成；动平台上安装有喷头，四个滚珠丝杠通过四个支链连接动、定平台，动平台与四个支链以球副形式连接，定平台上安装有四个喷涂电机单元；所述的四个喷涂电机单元包括四个喷涂电机，所述的喷涂电机各自驱动一个主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮通过空心轴带动法兰盘旋转，法兰盘带动相应的丝杠螺母旋转，丝杠螺母驱动对应的丝杠伸缩，从而带动动平台实现x方向的移动和绕y、z轴的转动，使喷头能进行空间三个自由度的运动。进一步的，所述水平运动机构包括一个底座，在所述的底座设有交流伺服电机I，所述的交流伺服电机I通过联轴器与一个水平设置的滚珠丝杠I连接，滚珠丝杠I前后端固定在前后轴承座上，滚珠丝杠I上配有两个前后丝杠螺母I，竖直运动机构的底板和两个丝杠螺母I固定连接，通过交流伺服电机I驱动滚珠丝杠I，丝杠螺母I带动竖直运动机构的底板进行水平方向上的位移。进一步的，所述的底板底部装有六个滑块，左右两侧各有三个，在装置水平移动过程中与底座的左右导轨配合导向。进一步的，所述竖直机构包括左、右竖直运动机构两部分，通过左右两个滚珠丝杠II的同步运动实现所述的喷涂平台在y轴上的精确位移，左右两个滚珠丝杠II的运动均由两个从动同步带轮传入。进一步的，所述左竖直机构包括一个电机II，电机II通过联轴器带动轴上的两个主动同步带轮同速转动，这两个主动同步带轮分别引出长短两条同步带与左右机构上的左右两个滚珠丝杠II从动带轮配合，实现左右丝杠的等速转动。进一步的，所述竖直机构上的滚珠丝杠II两侧均装有导轨。进一步的，在所述的定平台的两侧固连的滑块，在所述的滑块中安装有中间穿透的螺母，所述的螺母与两个滚珠丝杠II配合传动，且滑块的左右两侧设有与竖直机构上的左、右导轨配合的导槽。进一步的，所述的丝杠螺母为滚珠丝杠驱动螺母，其外圈与机体固连，内圈进行旋转驱动运动，从而实现对支链的伸缩驱动。进一步的，为实现所述动平台三自由度运动，四个电机不与定平台固连。上、右、下侧喷涂电机单元的电机座通过两侧的滚动轴承和电机支架相连，从而喷涂电机单元可以绕电机支架进行转动，左侧的喷涂电机单元除了具有以上三个电机单元的结构安装外，其电机座下部还通过一个滚动轴承和定平台连接，使所述的左侧喷涂单元可以绕电机座轴进行旋转，这样设计的目的是为了让动平台能够同时进行两个方向的转动，实现对喷头姿态的灵活调整。本专利技术的整体工作过程如下：本专利技术可以适应大型不规则零部件的表面喷涂，如车身喷涂，其工作过程如下：1、水平运动机构上的滚珠丝杠旋转，丝杠螺母在滑块导轨导向下带动底板运动，实现安装在底板上的竖直运动机构和喷涂作业机构到达喷涂区域的y轴坐标点。2、竖直运动机构通过同步带传动实现左右丝杠的同步运动，在滚珠丝杠直线导轨滑台模组的作用下，喷涂作业平台到达喷涂区域的z轴坐标点。3、并联机构的四个电机启动，通过定平台上四根丝杠支链的伸缩运动，实现动平台在x方向上的移动和绕y，z轴的转动三个自由度的运动，实现喷头的姿态控制和喷距调整。4、上述并联机构的3自由度和移动平台的2自由度在主控程序的控制下协同运动，实现对不规则表面的精准喷涂。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术的串-并联式喷涂机器人将平面大范围移动和空间多自由度转动相结合，实现对大型喷涂件空间任意不规则区域的喷涂。2、移动平台结构简单，反应迅速，水平和竖直方向上的滚珠丝杠传动能快速准确地定位至喷涂区域的平面坐标。3、喷涂作业平台能实现空间三自由度的精确喷涂，且无需复杂传动系统及谐波减速器等高成本设备，机构简单，造价低。4、相较于龙门式多喷头的喷涂机器人，本专利技术更加轻量化，且控制灵活方便。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1喷涂机器人整体图；图2移动平台整体结构图；图3水平运动机构图；图4水平运动机构底板装配图；图5左竖直主运动机构图；图6右竖直从动机构图；图7左右竖直机构的同步带连接图；图8喷涂作业机构图；图9喷涂定平台和移动平台连接图；图10喷涂电机单元传动系统图；图11喷涂电机单元传动装配图；图12上、右、下侧喷涂电机单元安装图；图13上、右、下侧喷涂电机电机座零件图；图14左侧喷涂电机单元安装图；图15左侧喷涂单元电机座零件图；图中：11喷涂作业机构、12移动平台机构；21水平运动机构、22左竖直主运动机构、23右竖直从动机构、24上部连接板、25同步带传动系；31交流伺服电机、32联轴器、33底座滚珠丝杠、34前轴承座、35后轴承座、36电机座、37和39丝杠螺母、38底板、310和311左右丝杆导轨；41底板滑块；51主运动电机、52竖直方向运动电机、53联轴器、54上主动同步带轮、55下主动同步带轮、56连接架、57同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串‑并联式喷涂机器人，其特征在于，包括能实现平面两自由度大范围位移的移动平台机构和能实现空间三自由度作业的喷涂作业机构；所述的喷涂作业机构和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求；所述的移动平台机构由一个水平运动机构和一个竖直运动机构组成，可以实现喷涂作业机构在水平方向和竖直方向的移动；所述的喷涂作业机构由一个动平台、四个支链、四个滚珠丝杠和一个定平台组成；动平台上安装有喷头，四个滚珠丝杠通过四个支链连接动、定平台，动平台与四个支链以球副形式连接，定平台上安装有四个喷涂电机单元；所述的四个喷涂电机单元包括四个喷涂电机，所述的喷涂电机各自驱动一个主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮通过空心轴带动法兰盘旋转，法兰盘带动相应的丝杠螺母旋转，丝杠螺母驱动对应的丝杠伸缩，从而带动动平台实现x方向的移动和绕y、z轴的转动，使喷头能进行空间三个自由度的运动。

【技术特征摘要】
1.一种串-并联式喷涂机器人，其特征在于，包括能实现平面两自由度大范围位移的移动平台机构和能实现空间三自由度作业的喷涂作业机构；所述的喷涂作业机构和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求；所述的移动平台机构由一个水平运动机构和一个竖直运动机构组成，可以实现喷涂作业机构在水平方向和竖直方向的移动；所述的喷涂作业机构由一个动平台、四个支链、四个滚珠丝杠和一个定平台组成；动平台上安装有喷头，四个滚珠丝杠通过四个支链连接动、定平台，动平台与四个支链以球副形式连接，定平台上安装有四个喷涂电机单元；所述的四个喷涂电机单元包括四个喷涂电机，所述的喷涂电机各自驱动一个主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮通过空心轴带动法兰盘旋转，法兰盘带动相应的丝杠螺母旋转，丝杠螺母驱动对应的丝杠伸缩，从而带动动平台实现x方向的移动和绕y、z轴的转动，使喷头能进行空间三个自由度的运动。2.如权利要求1所述的串-并联式喷涂机器人，其特征在于，所述水平运动机构包括一个底座，在所述的底座设有交流伺服电机I，所述的交流伺服电机I通过联轴器与一个水平设置的滚珠丝杠I连接，滚珠丝杠I前后端固定在前后轴承座上，滚珠丝杠I上配有两个前后丝杠螺母I，竖直运动机构的底板和两个丝杠螺母I固定连接，通过交流伺服电机I驱动滚珠丝杠I，丝杠螺母I带动竖直运动机构的底板进行水平方向上的位移。3.如权利要求2所述的串-并联式喷涂机器人，其特征在于，所述的底板底部装有六个滑块，左右两侧各有三个，在装置水平移动过程中与底座的左右导轨配合导向。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建明，孔垂慈，姜靖翔，曹鸿鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37