一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法，所述柔索驱动混联喷涂机器人机构，由静平台框架、柔索导向滑轮组系、传动柔索、动平台、驱动机构等部分组成。动平台壳体由8根柔索并联连接并驱动，实现其三个平动自由度；喷枪通过十字万向节与动平台壳体串联连接，并由4根柔索并联驱动，实现其两个转动自由度。有益的技术效果：本发明专利技术所述的柔索驱动混联喷涂机器人机构，采用柔索分别来并联控制末端喷枪的三个平动与两个转动自由度，具有运动惯量小，动作灵活等特点；驱动电器部分集中安置在静平台框架的底层与喷涂作业空间隔离开，易于实现防爆。

A cable driven hybrid spraying robot mechanism and its operation method

【技术实现步骤摘要】
一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法
本专利技术涉及机器人领域，具体是一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法。
技术介绍
表面喷涂是生产制造中非常重要的一部分，现代生活几乎所有的机电产品、电子产品、家具等，在其生产制造过程中，都涉及到表面喷涂处理。传统的表面喷涂技术以手工方式为主，在产品表面进行喷涂工序的过程中，油漆涂料所挥发出大量的胺、醛、苯等有害物质严重污染了工作环境，对工人的身体健康与劳动情绪产生极大负面影响，继而影响喷涂质量、喷涂效率及涂料利用率。喷涂机器人的相继出现将劳动者从有害的工作环境中解放了出来，并且大幅的提高了生产效率，降低了生产成本。目前的喷涂机器人多为串联机器人，串联机械臂的研究较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间开阔等优点，但就一般的串联机械臂而言，其刚性机械悬臂串联的结构使其整体刚度较差，具有累积误差，运动惯性大等缺点。在面对一般要求的喷涂领域，串联机器人能够满足需求；而在面向于精细化喷涂领域，串联机械臂需要从减速器、精密传动、闭环控制等软硬件方面降低机械臂末端的累积误差，提高其精度。串联机器人工作空间比较开阔，但其工作空间的大小受限于机械臂的臂展长度的大小，当传统串联机械臂在面对较大工作空间喷涂时，若增加机械臂的臂长，则不仅会降低整体的刚度，增大末端位姿的累积误差和机械臂的重量，还会需要更大的驱动，从而增加了成本。而柔索驱动并联机器人机构通过并联柔索共同对末端执行器进行直接控制，驱动装置可置于静平台上，使运动部分的重量减轻，具有无累积误差，动态响应好，刚度高，易于重构，工作空间大等优点。柔索驱动并联机构，由于绳索与动静平台的连接处没有铰链转角的限制以及柔索便于伸长和收短的特性,其工作空间得到显著增加。在专利CN109395938A-一种柔索并联驱动的喷涂机器人机构的设计中，采用8根柔索并联驱动末端执行器的运动，其中8根柔索需要8台电机驱动同时调整支承柔索滑轮位置的8套滚珠丝杠副又需要8台电机驱动。由于滚珠丝杠越长其刚性越差，就比较限制此机构下的工作空间。在专利CN106078800B-一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法中，主体机械臂结构为串联，关节部分采用柔索串、并联驱动，仍然存在负载能力较小、动态特性较差、稳定性较差的不足。目前柔索驱动并联机构在对末端执行器的平动加转动的复合运动的控制上很依赖于柔性绳索数目的多少、每根柔性绳索与动平台的连接点位置，每根柔性绳索与静平台的连接点位置。本专利技术设计的混联柔索驱动机构：动平台壳体与末端搭载架串联连接，分别通过并联柔索驱动进而控制动平台壳体的3个平动自由度与末端相对于动平台壳体的2个转动自由度，使得末端喷枪更加灵活，能实现各种复杂的运动姿态，同时避免了末端串联部分质量过重，且具有动态特性好、结构简单、载重比大、工作空间大等优势。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，包括有：静平台框架，包括有上下两个立体空间；工件传送机构，安装在所述静平台框架的上面立体空间的底部；驱动机构，安装在所述静平台框架的下面立体空间的底部；动平台，在所述静平台框架的上面立体空间内运动，在动平台上安装有喷枪；传动柔索，一端连接动平台，另一端连接驱动机构；柔索导向滑轮组系，依附安装在整个静平台框架上，实现对所述传动柔索的导向；所述驱动机构驱动传动柔索控制动平台的3个平动自由度和喷枪相对于动平台的2个转动自由度，实现对所述工件传送机构上的工件进行喷涂。静平台框架包括有上矩形框、下矩形框、框架底座、竖直框边、侧挡板和底挡板，4个竖直边框将上矩形边框、下矩形边框和框架底座连接，构成上下两个立体空间，其中上立体空间将为动平台的运动空间，下立体空间安置所述驱动机构；在下立体空间的四个侧面分别安装侧挡板，在下矩形框的上面安装底挡板，所述柔索导向滑轮组系共四套在静平台框架上呈圆周分布，用于实现对传动柔索的导向；工件传送机构从上立体空间的靠下位置穿过，并与下矩形框连接，实现工件的自动定位。所述的柔索导向滑轮组系包括第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮、双导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、第二下牵引导向滑轮、第三下牵引导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮和第三转动牵引导向滑轮；其中，所述的第一上牵引导向滑轮安装在上矩形框的一个角上，其几何圆心落在所在竖直框边的轴线上，上牵引导向滑轮在90度圆弧滑轨上自由滑动；第二上牵引导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮绕其所在竖直框边轴线顺时针方向的上矩形框的横梁上，且第二上牵引导向滑轮滑道的圆与第一上牵引导向滑轮滑道的中截面始终保持相切；第三上牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮右侧面的竖直框边上，保持第三上牵引导向滑轮的对称面过竖直框边的中轴线，并且第三上牵引导向滑轮的滑道圆与第二上牵引导向滑轮滑道的中截面相切；第四上牵引导向滑轮安装位置在第三上牵引导向滑轮的正下方，且滑轮方向与第三上牵引导向滑轮的滑轮方向正交，第四上牵引导向滑轮的滑道圆与框架底座的中截面相切；第五上牵引导向滑轮安装在与第四上牵引导向滑轮的同一平面内的同一水平高度的框架底座的侧面，并且与第四上牵引导向滑轮的滑道中截面重合；第六上牵引导向滑轮安装在第五上牵引导向滑轮所在横梁的上面，并且第六上牵引导向滑轮的滑道中截面与第五上牵引导向滑轮的滑道圆右侧相切；所述的双导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮正下方的下矩形框上，双导向滑轮的同轴的两个滑轮之间相向转动，双导向滑轮以所在竖直框边的最里侧棱线为转动轴线，在弧形导轨上滑动；第一下牵引导向滑轮安装在竖直框边上，位于静平台框架的上面立体空间内部，滑轮的对称面与竖直框边的对角面重合；第二下牵引导向滑轮安装在下矩形框上较第一下牵引导向滑轮左边的内侧，滑轮滑道的中截面平行于其所在的面；第三下牵引导向滑轮安装在第二下牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；第一转动牵引导向滑轮安装在第一下牵引导向滑轮的正下方，第二转动牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮对应下方下矩形边框的横梁的内侧面上，滑轮滑道中截面与其安装面平行；第三转动牵引导向滑轮安装在第二转动牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；由上述结构实现的柔索导向滑轮组系，保证了各个滑轮之间，上牵引柔索、下牵引柔索和转动牵引柔索之间以及各个上牵引柔索之间、各个下牵引柔索之间、各个转动柔索之间在工作过程中互不干涉。所述的第一上牵引导向滑轮包括滑轮、深沟球轴承、轴肩螺钉、定位挡圈、六角螺母、滑轮支架、滑块、圆弧导轨、90°圆弧导轨底板、支架螺钉、导轨安装螺钉和导轨底板安装螺栓；其中，深沟球轴承与滑轮内孔过盈配合，并在滑轮的厚度方向上居中；轴肩螺钉依次穿过滑轮支架的侧板、定位挡圈、深沟球轴承、滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：包括有：/n静平台框架，包括有上下两个立体空间；/n工件传送机构，安装在所述静平台框架的上面立体空间的底部；/n驱动机构，安装在所述静平台框架的下面立体空间的底部；/n动平台，在所述静平台框架的上面立体空间内运动，在动平台上安装有喷枪；/n传动柔索，一端连接动平台，另一端连接驱动机构；/n柔索导向滑轮组系，安装在整个静平台框架上，实现对所述传动柔索的导向；/n所述驱动机构驱动传动柔索控制动平台的3个平动自由度和喷枪相对于动平台的2个转动自由度，实现对所述工件传送机构上的工件进行喷涂。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：包括有：
静平台框架，包括有上下两个立体空间；
工件传送机构，安装在所述静平台框架的上面立体空间的底部；
驱动机构，安装在所述静平台框架的下面立体空间的底部；
动平台，在所述静平台框架的上面立体空间内运动，在动平台上安装有喷枪；
传动柔索，一端连接动平台，另一端连接驱动机构；
柔索导向滑轮组系，安装在整个静平台框架上，实现对所述传动柔索的导向；
所述驱动机构驱动传动柔索控制动平台的3个平动自由度和喷枪相对于动平台的2个转动自由度，实现对所述工件传送机构上的工件进行喷涂。


2.根据权利要求1所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：静平台框架包括有上矩形框、下矩形框、框架底座、竖直框边、侧挡板和底挡板，4个竖直边框将上矩形边框、下矩形边框和框架底座连接，构成上下两个立体空间，其中上立体空间将为动平台的运动空间，下立体空间安置所述驱动机构；在下立体空间的四个侧面分别安装侧挡板，在下矩形框的上面安装底挡板，所述柔索导向滑轮组系共四套在静平台框架上呈圆周分布，用于实现对传动柔索的导向；工件传送机构从上立体空间的靠下位置穿过，并与下矩形框连接，实现工件的自动定位。


3.根据权利要求2所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的柔索导向滑轮组系包括第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮、双导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、第二下牵引导向滑轮、第三下牵引导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮和第三转动牵引导向滑轮；
其中，所述的第一上牵引导向滑轮安装在上矩形框的一个角上，其几何圆心落在所在竖直框边的轴线上，上牵引导向滑轮在90度圆弧滑轨上自由滑动；第二上牵引导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮绕其所在竖直框边轴线顺时针方向的上矩形框的横梁上，且第二上牵引导向滑轮滑道的圆与第一上牵引导向滑轮滑道的中截面始终保持相切；第三上牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮右侧面的竖直框边上，保持第三上牵引导向滑轮的对称面过竖直框边的中轴线，并且第三上牵引导向滑轮的滑道圆与第二上牵引导向滑轮滑道的中截面相切；第四上牵引导向滑轮安装位置在第三上牵引导向滑轮的正下方，且滑轮方向与第三上牵引导向滑轮的滑轮方向正交，第四上牵引导向滑轮的滑道圆与框架底座的中截面相切；第五上牵引导向滑轮安装在与第四上牵引导向滑轮的同一平面内的同一水平高度的框架底座的侧面，并且与第四上牵引导向滑轮的滑道中截面重合；第六上牵引导向滑轮安装在第五上牵引导向滑轮所在横梁的上面，并且第六上牵引导向滑轮的滑道中截面与第五上牵引导向滑轮的滑道圆右侧相切；
所述的双导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮正下方的下矩形框上，双导向滑轮的同轴的两个滑轮之间能够相向转动，双导向滑轮以所在竖直框边的最里侧棱线为转动轴线，在弧形导轨上滑动；
第一下牵引导向滑轮安装在竖直框边上，位于静平台框架的上面立体空间内部，滑轮的对称面与竖直框边的对角面重合；第二下牵引导向滑轮安装在下矩形框上较第一下牵引导向滑轮左边的内侧，滑轮滑道的中截面平行于其所在的面；第三下牵引导向滑轮安装在第二下牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；
第一转动牵引导向滑轮安装在第一下牵引导向滑轮的正下方，第二转动牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮对应下方下矩形边框的横梁的内侧面上，滑轮滑道中截面与其安装面平行；第三转动牵引导向滑轮安装在第二转动牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧。


4.根据权利要求3所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的第一上牵引导向滑轮包括滑轮、深沟球轴承、轴肩螺钉、定位挡圈、六角螺母、滑轮支架、滑块、圆弧导轨、90°圆弧导轨底板、支架螺钉、导轨安装螺钉和导轨底板安装螺栓；
其中，深沟球轴承与滑轮内孔过盈配合，并在滑轮的厚度方向上居中；轴肩螺钉依次穿过滑轮支架的侧板、定位挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾斌，王旭，王正雨，王道明，钱森，游玮，郑磊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34