空间四自由度并联机构及喷涂机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于四自由度空间并联机构的五自由度喷涂机器人，属于机械制造技术领域。该喷涂机器人包括移动单元和喷涂作业机构单元两个部分，喷涂作业机构的运动机架是移动单元的运动部分，通过导轨可实现大范围的直线移动。所述喷涂作业机构包括一个安装雾化器的动平台和一个运动机架，和连接所述动平台和运动机架之间的第一支链、第二支链、第三支链及第四支链，由于结构对称，所述的第一支链和第三支链的结构相同，第二支链和第四支链结构相同。四个支链与动平台以及运动机架连接形成一个空间并联闭环机构，该并联机构通过四个输入运动驱动动平台运动，实现两个移动自由度和两个转动自由度。通过将移动机构单元的运动和喷涂作业机构单元的运动相结合，可使该喷涂机器人实现三个移动自由度和两个转动自由度。所述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。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机械制造领域，特别涉及一种能够应用于汽车零部件喷涂生产的 具有空间四自由度并联机构的五自由度喷涂机器人。
技术介绍
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。机器人 喷涂在国外是一项成熟的技术，已经有三十多年的研究和发展历史。随着喷涂机器人的技 术不断创新，喷涂精度空前提高，在世界发达国家喷涂机器人得到了广泛的应用。著名的国 外喷涂机器人厂家有瑞典的ABB、德国的DUrr (杜尔)与EISANMANN(艾森曼)、日本的安川， 同时德国的KUKA公司、日本的FANUC公司以及美国的ADEPT公司均有生产喷涂机器人。同 时还有很多小的生产企业生产和研发的静电粉末喷涂机器人，在喷涂机器人领域以及相关 的喷涂
都具有丰富的经验与技术。现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整，国内 汽车生产也正在向大规模、高质量和低成本的方向发展，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。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，由于我国工业机器 人研究起步晚，基础条件薄弱、关键技术与部件不配套等种种原因，至今未能形成真正的具 有竞争力的产品。通过调研发现，国内大多数汽车厂商采用的国外公司的喷涂机器人都是六自由度 的，但是在实际应用中喷涂机器人只需要五自由度(三个移动自由度和两个转动自由度) 就能完成所有喷涂作业。此外现已应用的传统喷涂机器人都是采用仿人手臂的串联机构， 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和可靠性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，而且这种串联式机器人由于结构形式单一，很难取得知识产权突破。相对于传统的串联机构，并联机构是由多个支链构成的闭环机构，其具有以下优 点结构简单紧凑、刚度高、单位重量上承载能力大、无误差积累、运动部件质量小、易于实 现高速运动，轨迹易于控制等优点。这些优点在一定程度上弥补了串联机构的不足。本技术的目的就是为了克服我国制造业技术水平现状，以解决串联式喷涂机 器人在中国知识产权突破难、加工制造难、可靠性差、控制困难等技术问题，为研制具有我 国自主知识产权的喷涂机器人做出贡献。本技术结合串联移动大和并联结构简单、模 块化程度高、制造安装方便以及轨迹规划和控制容易的特性，专利技术一种可以适应我国制造 国情的新型喷涂机器人。
技术实现思路
为了实现上述的目的，本技术提出一种空间四自由度机构，并基于该空间四自由度机构专利技术了一种五自由度喷涂机器人。本技术提供一种空间四自由度并联机构，包括一个动平台、一个运动机架以 及连接所述动平台和运动机架之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，所述四个 支链的结构两两对称，其中第一支链和第三支链的结构相同，第二支链和第四支链结构相 同，第一支链包括第一滑块支架、第一连杆、第一滑块及运动副组I，第三支链包括第三滑块 支架、第三连杆、第三滑块及运动副组III，所述运动副组I和运动副组III分别由三个运动 副组成；第二支链包括第二滑块支架、第二连杆、第二滑块及运动副组II，第四支链包括第 四滑块支架、第四连杆、第四滑块及运动副组IV，所述运动副组II和运动副组IV分别具有 四个运动副；第一滑块支架和第三滑块支架分别固接在运动机架上，第二滑块支架和第四 滑块支架与运动机架之间分别通过转动副连接，所述四个支链与动平台及运动机架连接形 成一个空间并联闭环机构，该并联机构的四个连杆和四个滑块之间的四个移动副分别主动 驱动，以实现动平台的两个移动自由度和两个转动自由度。本技术的并联机构中的运动副组I包括连接于第一滑块支架和第一滑块之 间的转动副、连接于第一滑块和第一连杆之间的移动副和连接于第一连杆和动平台之间的 球副；运动副组III包括连接于第三滑块支架和第三滑块之间的转动副、连接于第三滑块 和第三连杆之间的移动副和连接于第三连杆和动平台之间的球副；运动副组II包括连接 于第二滑块支架和运动机架之间的转动副、连接于第二滑块支架和第二滑块之间的转动 副、连接于第二滑块和第二连杆之间的移动副和连接于第二连杆和动平台之间的球副；运 动副组IV包括第四滑块支架和运动机架之间的转动副、连接于第四滑块支架和第四滑块 之间的转动副、连接于第四滑块和第四连杆之间的移动副和连接于第四连杆和动平台之间 的球副。本技术还提供一种装备有上述并联机构的五自由度喷涂机器人，该喷涂机器 人包括喷涂作业机构单元和移动单元两个部分，所述并联机构的运动机架安装在直线导轨 上，可以实现水平移动，在并联机构的动平台上安装雾化器形成喷涂作业机构单元，通过将 移动单元的运动与空间并联机构单元的运动相结合，实现喷涂作业机构单元的三个移动自 由度和两个转动自由度的五自由度运动。本技术所述的五自由度喷涂机器人，导轨为弧形导轨以用来适应不同形状零 部件的喷涂。本技术所述的五自由度喷涂机器人，可用于汽车零部件的自动化喷涂作业。本技术中的喷涂机器人有如下优点(1)柔性程度高，可适应不同零部件的 喷涂作业环境；(2)速度快、灵活性好；(3)相对于串联机构更容易控制，喷涂精度易于保 证；(4)工作空间大，在导轨上可实现大范围移动；(5)结构对称，易于制造，成本较低，更容 易实现模块化加工。附图说明图1为本技术实施例1的结构示意图。图中1-导轨、2-运动机架、3-第二滑块、4-第二连杆、5-第三连杆、6-第二滑块支 架、7-第一滑块支架、8-第一连杆、9-第一滑块、10-第四连杆、11-第四滑块支架、12-第四 滑块、13-动平台、14-第三滑块、15-第三滑块支架、16-待喷涂零部件。具体实施方式本技术提出的空间四自由度并联机构，结合附图1详细说明如下如图1中所示，空间四自由度并联机构包括动平台13、运动机架2、和连接所述动 平台13和运动机架2之间的第一、第二、第三、第四支链。由于结构两两对称，其中第一支 链和第三支链结构相同，第二支链和第四支链结构相同。所述的结构相同的第一、第三支链 分别包括第一滑块支架7、第一滑块9、第一连杆8、及运动副组I和第三滑块支架15、第三 滑块14、第三连杆5、及运动副组III。所述的运动副组I和运动副组III各由三个运动副 组成，分别是连接于第一滑块支架7和第一滑块9之间的转动副(R)，连接于第一滑块9 和第一连杆8之间的移动副(P)，连接于第一连杆8和动平台13之间的球副(S)；和连接于 第三滑块支架15和第三滑块14之间的转动副(R)，连接于第三滑块14和第三连杆5之间 的移动副(P)，连接于第三连杆5和动平台13之间的球副(S)。其中第一、第三滑块支架分 别固定连接在运动机架上。所述的第二、第四支链分别包括第二滑块支架6、第二滑块3、 第二连杆4及运动副组II，和第四滑块支架11、第四滑块12、第四连杆10及运动副组IV。 所述的运动副组II和运动副组IV各由四个运动副组成，分别是连接于第二滑块支架6和 运本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种空间四自由度并联机构，其特征在于该并联机构包括一个动平台、一个运动机架以及连接所述动平台和运动机架之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链，所述四个支链的结构两两对称，其中第一支链和第三支链的结构相同，第二支链和第四支链结构相同，第一支链包括第一滑块支架、第一连杆、第一滑块及运动副组Ｉ，第三支链包括第三滑块支架、第三连杆、第三滑块及运动副组ＩＩＩ，所述运动副组Ｉ和运动副组ＩＩＩ分别由三个运动副组成；第二支链包括第二滑块支架、第二连杆、第二滑块及运动副组ＩＩ，第四支链包括第四滑块支架、第四连杆、第四滑块及运动副组ＩＶ，所述运动副组ＩＩ和运动副组ＩＶ分别具有四个运动副；第一滑块支架和第三滑块支架分别固接在运动机架上，第二滑块支架和第四滑块支架与运动机架之间分别通过转动副连接，所述四个支链与动平台及运动机架连接形成一个空间并联闭环机构，该并联机构的四个连杆和四个滑块之间的四个移动副分别主动驱动，以实现动平台的两个移动自由度和两个转动自由度。

【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，吴超，
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