基于三自由度和四自由度并联机构的混联喷涂机器人制造技术

本实用新型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由平面三自由度并联机器人和空间四自由度并联机器人构成，所述喷涂作业模块单元包括四个喷涂作业模块，第一喷涂作业模块和第四喷涂作业模块结构相同，分别对称安装在龙门机架的两个立柱上；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构相同，分别固接在各自的运动滑块上，所述运动滑块和龙门机架的上横梁通过移动副连接，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喷嘴的位姿，从而完成对整个待喷涂零件的喷涂作业。该混联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。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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 的一种模块化混联喷涂机器人。
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 轨迹灵活，可完成车身内表面和外表面的喷涂任务，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； 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； 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。本技术提出一种基于三自由度和四自由度并联机构的混联喷涂机器人，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由平面三自由度并联机 器人和空间四自由度并联机器人构成，其中第一喷涂作业模块和第四喷涂作业模块结构相 同，分别对称安装在龙门机架的两个立柱上；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构 相同，分别固接在各自的运动滑块上，所述运动滑块和龙门机架的上横梁通过移动副连接， 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 元的雾化喷嘴的位姿，从而完成对整个待喷涂零件的喷涂作业。根据本技术中所述的混联喷涂机器人，其中第一喷涂作业模块和第四喷涂作 业模块均是安装在龙门机架立柱上的空间四自由度并联机器人，其包括龙门机架、第二动 平台、第二雾化喷嘴、连接龙门机架和第二动平台之间的转动左支链、转动右支链、移动上 支链、移动下支链，所述的转动左支链和转动右支链结构相同，其中转动左支链包括转动左 连杆、转动左滑块、转动左支架、第一运动副组；转动右支链包括转动右连杆、转动右滑块、 转动右支架、第二运动副组；所述的移动上支链和移动下支链结构相同，其中移动上支链包 括移动上连杆、移动上滑块、移动上支架、第三运动副组；移动下支链包括移动下连杆、移动 下滑块、移动下支架、第四运动副组，所述移动上支架和移动下支架固接在龙门机架上，由 所述龙门机架、第二动平台和转动左支链、转动右支链、移动上支链和移动下支链一起，构 成了空间平面四自由度并联机器人，所述移动上、下支链和转动左、右支链中的移动副分别 被驱动，可控制安装有第二雾化喷嘴的第二动平台实现两个移动自由度位置和实现两个转 动自由度的姿态。根据本技术中所述的混联喷涂机器人，其中第一运动副组和第二运动副组由 四个运动副组成，第三运动副组和第四运动副组由三个运动副组成。根据本技术中所述的混联喷涂机器人，其中所述第一运动副组包括连接于 龙门机架和转动左支架之间的转动副、连接于转动左支架和转动左滑块之间的转动副、连 接于转动左滑块和转动左连杆之间的移动副、连接于转动左连杆和第二动平台之间的球 副；所述第二运动副组包括连接于龙门机架和转动右支架之间的转动副、连接于转动右 支架和转动右滑块之间的转动副、连接于转动右滑块和转动右连杆之间的移动副、连接于 转动右连杆和第二动平台之间的球副；所述第三运动副组包括连接于移动上支架和移动5上滑块之间的转动副、连接于移动上滑块和移动上连杆之间的移动副、连接于移动上连杆 和第二动平台之间的球副；所述第四运动副组包括连接于移动下支架和移动下滑块之间 的转动副、连接于移动下滑块和移动下连杆之间的移动副、连接于移动下连杆和第二动平 台之间的球副。根据本技术中所述的混联喷涂机器人，其中第二喷涂作业模块和第三喷涂作 业模块均是安装在龙门机架上横梁上的平面三自由度并联机器人，其包括运动机架、第一 动平台、连接于运动机架和第一动平台之间的移动左支链和移动右支链、连接于移动左支 链和铰接块之间的转动左支链、连接于移动右支链和铰接块之间的转动右支链，所述移动 左支链包括移动左滑块、移动左连杆及运动副组I，所述移动右支链包括移动右滑块、移动 右连杆及运动副组II，所述的转动左支链包括转动左滑块、转动左连杆及运动副组III，所 述转动右支链包括转动右滑块、转动右连杆及运动副组IV，其中第一动平台和铰接块之间 通过移动副连接，第一雾化喷嘴安装在第一动平台上，运动机架、第一动平台以及移动左支 链、移动右支链、转动左支链、右支链一起构成平面三自由度并联机器人，移动左、右支链和 转动左、右支链中的移动副分别被驱动，其中移动左、右支链控制第一动平台的位置实现两 个移动自由度，转动左、右支链控制第一动平台本文档来自技高网...

【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由平面三自由度并联机器人和空间四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，分别对称安装在龙门机架的两个立柱上；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构相同，分别固接在各自的运动滑块上，所述运动滑块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。

【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，陈祥，谢福贵，
申请(专利权)人：江苏长虹汽车装备集团有限公司，清华大学，
类型：实用新型
国别省市：32