一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构，属于机械制造领域。该机构包括底座，龙门机架、运动平台和喷涂作业模块，龙门机架固定在底座上，运动平台能够沿底座上的导轨实现平动；喷涂作业模块包括两个喷涂模块，两者结构相同，均能单独实现四自由度运动，分别对称安装在龙门机架上。每个喷涂模块包括一个平面五副机构和两个伸缩机构，形成一个空间混联机构，通过四个伺服电机驱动位于机构末端的喷头运动，实现两个移动自由度和两个转动自由度。通过运动平台和喷涂作业模块的运动相结合，可使该喷涂机构实现三个移动自由度和两个转动自由度的喷涂作业。本喷涂机构具有结构对称、高灵活性及较高刚度，易于制造，方便控制，容易实现模块化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构
本专利技术属于机械制造领域，特别涉及一种基于四自由度喷涂模块的五自由度喷涂机构。
技术介绍
整流罩是运载火箭的重要组成部分，根据运载任务的不同，每种型号的运载火箭都具有一种或多种形状的整流罩。整流罩在设计过程中要满足一项很重要的防热保护功能，即运载火箭在运行过程中，卫星不受气动加热的作用；当运载火箭处于临射状态时，可对整流罩内的温度、湿度进行调节，以保证卫星不受低温和环境的影响。目前整流罩防热设计主要有蒙皮和喷涂隔热层两种方法。蒙皮方法改变隔热层厚度不灵活，只能通过贴多层蒙皮来加厚，工艺难以保证，适用于曲面不复杂、热流不大的场合。喷涂隔热层方法应用灵活，可以任意改变厚度，可以在复杂的异形曲面上喷涂，喷涂的材料可以根据需求改变。同时，喷涂隔热层方法工艺可靠性高，涂层隔热效果好，将会是整流罩防热设计的主要方法。整流罩具有类型多、表面曲线形状复杂，喷涂轨迹复杂，喷涂工作空间大等特点，传统喷涂方式主要采用人工喷涂，受人工作业的限制，导致喷涂质量较差、喷涂周期长、劳动环境恶劣。为了改变喷涂工作的这一状况，需将人工作业改为以喷涂装备为主体的柔性自动喷涂工作。采用喷涂装备的主要优点是实现涂装生产作业的自动化，避免了人工喷涂时工人始终处于有毒环境，提高产品质量和稳定性，同时减少涂料和能量的消耗，提高劳动生产效率。但是传统的喷涂装备机构大多采用机械手式的串联结构，受制于现有在串联结构方面的研究水平，很难到达整流罩喷涂装备的要求。相对于传统的串联机构，并联机构具有结构简单紧凑、刚度高、负载能力强、运动部件质量小、易于实现高速运动等优点。此外，中国在并联机构的设计与控制方面具有较深入的研究，因此，利用并联机构开发整流罩喷涂装备具有优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了适应火箭整流罩类型多、表面曲线形状复杂、喷涂工作空间大、喷涂质量和精度要求高等特点，开发一种基于四自由度喷涂模块的五自由度喷涂机构，该喷涂机构喷涂工作空间大、柔性强，可满足喷涂工艺路径复杂要求、质量高的整流罩隔热涂层自动嗔涂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构，其特征在于，该机构包括底座、龙门机架、运动平台和喷涂作业模块，该龙门机架固定在底座上，底座设置有导轨，运动平台通过底座的导轨设置在底座上，运动平台能够沿底座上的导轨实现平动；所述喷涂作业模块包括结构相同的第一喷涂模块和第二喷涂模块，该两喷涂模块均安装有喷头，能单独实现四自由度运动，分别对称安装在龙门机架上的两侧梁上；喷涂模块的四自由度运动结合运动平台的平动，能够控制喷头的位置和姿态，实现五自由度喷涂作业。本专利技术的技术特点及有益效果:本专利技术针对整流罩类型多、表面曲线形状复杂、喷涂工作空间大、喷涂质量和精度要求高等特点，利用并联结构开发了整流罩喷涂装备机构。本专利技术的喷涂机构基于一种四自由度的喷涂模块，并引入了混联结构。喷涂机构主要包括底座、龙门机架、运动平台和喷涂作业模块等功能单元；喷涂作业模块能够分别实现四个自由度的运动。喷涂模块的四自由度运动结合运动平台的平动，能够控制喷头的位置和姿态，实现五自由度喷涂作业；本喷涂机构结合了并联机构结构简单紧凑、刚度高、负载能力强、运动部件质量小、易于实现高速运动的特点，能够满足火箭整流罩喷涂的要求。本机构具有结构简单、刚度高和动态性能好的特点，能够实现复杂曲面的喷涂作业，引入了并联结构，能够保证喷涂作业的高精度、高质量、高柔性。同时，所述喷涂机构结构对称，易于制造，方便控制，容易实现模块化。【附图说明】图1为本专利技术实施例的三维结构示意图图2为本专利技术实施例的平面示意图图3为本专利技术实施例的喷涂模块结构示意图图4为喷涂模块中平面五副机构结构示意图图5为喷涂模块中第一伸缩支链结构示意图图6为喷涂模块中第二伸缩支链结构示意图图中:1-底座、2-龙门机架、3-第一喷涂模块、4-第二喷涂模块、5-整流罩、6-运动平台、301-第一连杆、302-第二连杆、303-第三连杆、304第四连杆、305-第五连杆、306-第一驱动电机、307-第二驱动电机、308-第一伸缩套筒、309-第一伸缩杆、310-喷头摆杆、311-第三驱动电机、312-第二伸缩套筒、313-第二伸缩、314-喷头、315-第四驱动电机【具体实施方式】本专利技术基于四自由度喷涂模块的喷涂机构结合附图及实施例详细说明如下:本专利技术以一个运载火箭整流罩的喷涂机构为例进行说明，但是可以理解，本领域的技术人员在上述结构的基础上，对喷涂模块的结构和数量按照要求进行的适当调整，或对整体结构进行显而易见的替换或修改均应在本专利技术的技术方案的保护范围之内。本专利技术基于四自由度喷涂模块的喷涂机构一个实施例的结构如图1、2所示，本专利技术所述的喷涂机构主要包括底座1、龙门机架2、运动平台6和喷涂作业模块。龙门机架2固定在底座I上，底座I中部设置有导轨，运动平台6通过底座I中部的导轨连接在底座I上，待喷涂的整流罩5安装在运动平台6上。喷涂作业模块包括第一喷涂模块3和第二喷涂模块4，对称布置在龙门机架2两侧的横梁上，两者的结构相同。本专利技术通过喷涂模块3、4和运动平台6的协同运动实现五自由度喷涂作业。上述各部分具体实施例结构分别说明如下:在本实施例中，如图1、2所示，所述龙门机架2的横梁呈三角形布置，第一喷涂模块3和第二喷涂模块4对称布置在龙门机架2上，两者的结构相同，每个喷涂模块均能单独实现四个自由度的运动。所述运动平台6下部设有凹槽，通过底座I中部的两条导轨连接在底座I上，两条导轨为条状结构，在同一高度且相互平行，运动平台6由驱动器(图中未画出)驱动沿导轨相对于底座I进行平移运动。所述整流罩5整体呈半圆台形，其母线方向的曲面为有一定曲率的光滑曲面，即为需要喷涂的曲面。整个机构通过运动平台6和喷涂模块3、4的运动相结合实现五自由度喷涂作业。本实施例中，所述第一喷涂模块3和第二喷涂模块4在结构上完全相同，以第一喷涂模块3的具体结构为例对喷涂模块的结构进行说明。如图3所示，第一喷涂模块3由一个平面五副机构、两个伸缩支链组成，形成空间混联机构，实现喷涂作业时的两个移动自由度和两个转动自由度。如图3、4所示，上述平面五副机构包括第一连杆301、第二连杆302、第三连杆303、第四连杆304、第五连杆305以及安装在第一连杆301两端的第一驱动电机306和第二驱动电机307。上述五个连杆之间分别通过转动副相互连接，具有两个平动自由度。其中第二连杆302和第四连杆304构成第一支链，第三连杆303和第五连杆305构成第二支链，第一支链和第二支链在结构上相同，组成并联机构，带动喷头在平面内两自由度的平移运动。喷涂模块通过第一连杆301与龙门机架2固连。上述平面五副机构通过安装在第一连杆301两端的第一驱动电机306和第二驱动电机307驱动，分别控制连杆302、303的旋转运动，从而控制平面五副机构在平面内完成两自由度的平移运动。在上述每个平面五副机构的基础上，引入了两个伸缩支链，喷涂模块增加了两个旋转自由度。如图3、5、6所示，上述伸缩支链包括由第一伸缩套筒308、第一伸缩杆309和喷头摆杆310组成的第一伸缩支链，由第二伸缩套筒312、第二伸缩杆313和喷头314组成的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构，其特征在于，该机构包括底座、龙门机架、运动平台和喷涂作业模块，该龙门机架固定在底座上，底座设置有导轨，运动平台通过底座的导轨设置在底座上，运动平台能够沿底座上的导轨实现平动；所述喷涂作业模块包括结构相同的第一喷涂模块和第二喷涂模块，该两喷涂模块均安装有喷头，能单独实现四自由度运动，分别对称安装在龙门机架上的两侧梁上；喷涂模块的四自由度运动结合运动平台的平动，能够控制喷头的位置和姿态，实现五自由度喷涂作业。

【技术特征摘要】
1.一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构，其特征在于，该机构包括底座、龙门机架、运动平台和喷涂作业模块，该龙门机架固定在底座上，底座设置有导轨，运动平台通过底座的导轨设置在底座上，运动平台能够沿底座上的导轨实现平动；所述喷涂作业模块包括结构相同的第一喷涂模块和第二喷涂模块，该两喷涂模块均安装有喷头，能单独实现四自由度运动，分别对称安装在龙门机架上的两侧梁上；喷涂模块的四自由度运动结合运动平台的平动，能够控制喷头的位置和姿态，实现五自由度喷涂作业。2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一喷涂模块和第二喷涂模块分别由一个平面五副机构和两个伸缩支链组成，形成具有四个自由度的空间混联机构，喷涂作业时，平面五副机构实现两个移动自由度，两个伸缩支链实现两个转动自由度。3.如权利要求2所述的机构，其特征在于，所述平面五副机构为并联闭环机构，包括第一连杆(301)、第二连杆(302)、第三连杆(303)、第四连杆(304)、第五连杆(305)，以及安装在第一连杆(301)两端的第一驱动电机(306)和第二驱动电机(307);五个连杆之间分别通过转动副相互连接，具有两个平动自由度；其中第二连杆(302)和第四连杆(304)构成第一支链，第三连杆(303)和第五连杆(305)构成第二支链,第一支链和第二支链在结构上相同，组成并联机构，第一连杆(301)与龙门机架(2)固连；所述平面五副机构通过安装在第一连杆301两端的第一驱动电机(306)和第二驱动电机(307)驱动，分别控制第二、第三连杆(302、303)的旋转运动，从而控制平面五副机构在平面内完成两自由度的平移运动。4.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军，陈晓磊，于广，王立平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：