基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人，其包括一个龙门机架和四个喷涂作业模块单元，所述龙门机架可在水平导轨上实现水平移动，通过将龙门机架的水平运动与所述喷涂作业模块单元的运动相结合，可控制各个喷涂模块单元的雾化器喷头的位姿，从而完成对待喷涂汽车的整车喷涂作业。该混联组合汽车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，柔性程度高，可根据需要增减喷涂模块，可对不同汽车整车进行喷涂作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车整车喷涂生产领域的一 种模块化组合喷涂机器人。
技术介绍
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，汽车车身喷涂是汽车制造中最主要的生产工 艺之一，它不仅能够提高汽车产品的耐蚀性，延长汽车使用寿命，它还最直接地体现了汽车 外表面颜色、光泽和亮度质量的优劣，是人们对汽车质量最直观的评价，所以它对汽车市场 竞争力的有着最直接的影响。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。机器人的作用是控制喷枪，使 之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离。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。喷涂机器人有如下优点 柔性大，工作范围大，可现实多品种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡等车 身混线生产； 轨迹灵活，可完成车身喷涂任务，仿形喷涂轨迹精确，提高了涂膜的均勻性，降 低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料的利用率，对环境保护也起到了一定的作用； 易操作和维护，可离线编程，大大缩短现场调试时间，模块化的设计可实现快速 安装和更换元器件，极大地缩短维修时间； 设备利用率高，往复式自动喷涂机利用率一般仅为40% -60%，而喷涂机器人 的利用率可达90% -95%。喷涂机器人已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。另外通过调研发现，现已应用的传统喷涂机器人都是采用仿人手臂的串联机器 人，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，此外国外相关专利还对其在我国的应用进行了种种束缚，所以专利技术新型的4喷涂作业机器人对我国的汽车工业而言是一个迫在眉睫的任务。而并联机器人是由多个支链构成的闭环机构，相对于传统的串联机器人具有以下 优点结构简单紧凑、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动、容易实现 加工模块化、运动学简单、具有解耦或者部分解耦的特性，解耦运动对机构的运动控制和轨 迹规划都有一定意义。这些优点在一定程度上弥补了串联机构的不足。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种方便制造、易于控制的基于平面三自由度并 联机构和空间四自由度并联机构的模块化混联组合汽车喷涂机器人。该组合机器人拥有并 联机构的优点，更能适应汽车整车的喷涂作业任务，并可对不同形状和规格的汽车整车进 行喷涂作业。本专利技术提出一种基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人， 其包括一个龙门机架和四个喷涂作业模块单元，所述喷涂作业模块单元分别由具有四个支 链的空间四自由度并联机器人和具有三个支链的平面三自由度并联机器人组合构成，其中 第一喷涂作业模块和第四喷涂作业模块结构相同，分别是对称安装在龙门机架的两个立柱 上的空间四自由度并联机器人；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构相同，分别是 固接在各自的运动机架上的平面三自由度并联机器人，所述运动机架和龙门机架的上横梁 通过移动副连接后可以实现在上横梁导轨上往复水平移动，所述龙门机架可在水平导轨上 实现水平移动，通过将龙门机架的水平运动与所述喷涂作业模块单元的运动相结合，可控 制各个喷涂模块单元的雾化器喷头的位姿，从而完成对待喷涂汽车的整车喷涂作业。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中第二喷涂作业模块和第三喷 涂作业模块均是结构相同的三自由度五杆并联机构，其均包括运动机架、第一动平台、以及 连接运动机架和第一动平台之间的左支链、右支链、移动支链，所述的左支链和右支链结构 相同并用来控制安装第一雾化器喷嘴的第一动平台的位置，移动支链用来控制安装第一雾 化器喷嘴的第一动平台的姿态，其中左支链包括连杆I、连杆II、运动副组I ；右支链包括连 杆III、连杆IV、运动副组II，运动副组I分别是连接于连杆I和运动机架之间的转动副、 连接于连杆I和连杆II之间的转动副、连接于连杆II和第一动平台之间的转动副；运动副 组II分别是连接连杆III和运动机架之间的转动副、连接于连杆III和连杆IV之间的转 动副、连接于连杆IV和第一动平台之间的转动副，运动副组I和运动副组II中的转动副均 同轴，左支链和右支链中连接运动机架与连杆之间的转动副分别是被驱动的。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中移动支链包括定滑块、滑杆、 滑块和运动副组III，运动副组III有三个运动副，分别是连接于滑杆和定滑块之间的移动 副、连接于滑杆和滑块之间的转动副、连接于滑块与第一动平台之间的移动副，滑杆和定滑 块之间的移动副是被驱动的。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中移动支链可以只包括定滑 块、滑杆和运动副组III’，运动副组III’有两个运动副，分别为连接于滑杆和定滑块之间 的移动副、连接于滑杆与第一动平台之间的转动副。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中的第二喷涂作业模块和第三 喷涂作业模块是结构相同的平面三自由度并联机器人，均包括第三运动机架、第三动平台、第一支链、第二支链、及第三支链，所述第一支链和第二支链具有相同的结构，所述第一支 链包括滑块I、第一连杆、运动副组IV ；所述第二支链包括滑块II、第二连杆、运动副组V，运 动副组IV为连接于滑块I和第三运动机架之间的转动副、连接于滑块I和第一连杆之间的 移动副、连接于第一连杆和第三动平台之间的转动副；运动副组V为连接于滑块II和第三 运动机架之间的转动副、连接于滑块II和第二连杆之间的移动副、连接于第二连杆和第三 动平台之间的转动副，连接于第一连杆和第三动平台的转动副与连接于第二连杆和第三动 平台的转动副同轴，第一和第二支链中连接滑块与连杆之间的移动副分别被驱动的。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中所述第三支链包括第三定滑 块、第三滑杆、第三滑块和运动副组VI，运动副组VI有三个运动副，具体为连接于第三滑 杆和第三定滑块之间的移动副、连接于第三滑杆和第三滑块之间的转动副、连接于第三滑 块与第三动平台之间的移动副，其中连接于第三滑杆和第三定滑块之间的移动副是被驱动 的。根据本专利技术中所述的混联组合汽车喷涂机器人，其中所述第三支链只包括第三定 滑块、第三滑杆和运动副组VI’，运动副组VI’有两个运动副，为连接于第三滑杆和第三定 滑块之间的移动副、连接于第三滑杆与第三动平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人，其包括一个龙门机架和四个喷涂作业模块单元，所述喷涂作业模块单元分别由具有四个支链的空间四自由度并联机器人和具有三个支链的平面三自由度并联机器人组合构成，其中第一喷涂作业模块和第四喷涂作业模块结构相同，分别是对称安装在龙门机架的两个立柱上的空间四自由度并联机器人；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构相同，分别是固接在各自的运动机架上的平面三自由度并联机器人，所述运动机架和龙门机架的上横梁通过移动副连接后可以实现在上横梁导轨上往复水平移动，所述龙门机架可在水平导轨上实现水平移动，通过将龙门机架的水平运动与所述喷涂作业模块单元的运动相结合，可控制各个喷涂模块单元的雾化器喷头的位姿，从而完成对待喷涂汽车的整车喷涂作业。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仇洪根，刘辛军，王立平，
申请(专利权)人：江苏长虹涂装机械有限公司，
类型：发明
国别省市：32