專利名稱：空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)及噴涂機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種能夠應(yīng)用于汽車零部件噴涂生產(chǎn)的 具有空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五自由度噴涂機(jī)器人。
背景技術(shù)：
到目前為止，噴涂機(jī)器人已成為國內(nèi)市場上運(yùn)用最多的工業(yè)機(jī)器人之一。機(jī)器人 噴涂在國外是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，已經(jīng)有三十多年的研究和發(fā)展歷史。隨著噴涂機(jī)器人的技 術(shù)不斷創(chuàng)新，噴涂精度空前提高，在世界發(fā)達(dá)國家噴涂機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。著名的國 外噴涂機(jī)器人廠家有瑞典的ABB、德國的DUrr (杜爾)與EISANMANN(艾森曼)、日本的安川， 同時(shí)德國的KUKA公司、日本的FANUC公司以及美國的ADEPT公司均有生產(chǎn)噴涂機(jī)器人。同 時(shí)還有很多小的生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)的靜電粉末噴涂機(jī)器人，在噴涂機(jī)器人領(lǐng)域以及相關(guān) 的噴涂技術(shù)領(lǐng)域都具有豐富的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)?，F(xiàn)代汽車工業(yè)的迅速發(fā)展帶來汽車型號(hào)的迅速變化和車體設(shè)計(jì)的不斷調(diào)整，國內(nèi) 汽車生產(chǎn)也正在向大規(guī)模、高質(zhì)量和低成本的方向發(fā)展，在此背景下，傳統(tǒng)的手工噴涂已經(jīng) 無法滿足大多數(shù)整車廠車身涂裝的要求，噴涂技術(shù)一步步的從手工噴涂、半自動(dòng)噴槍噴涂 發(fā)展到了如今的機(jī)器人自動(dòng)噴涂，只有采用機(jī)器人才能適應(yīng)這種頻繁變化的生產(chǎn)要求。到 目前為止，噴涂機(jī)器人已成為國內(nèi)市場上運(yùn)用最多的工業(yè)機(jī)器人之一，由于我國工業(yè)機(jī)器 人研究起步晚，基礎(chǔ)條件薄弱、關(guān)鍵技術(shù)與部件不配套等種種原因，至今未能形成真正的具 有競爭力的產(chǎn)品。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)大多數(shù)汽車廠商采用的國外公司的噴涂機(jī)器人都是六自由度 的，但是在實(shí)際應(yīng)用中噴涂機(jī)器人只需要五自由度(三個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度) 就能完成所有噴涂作業(yè)。此外現(xiàn)已應(yīng)用的傳統(tǒng)噴涂機(jī)器人都是采用仿人手臂的串聯(lián)機(jī)構(gòu)， 通過對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的合理規(guī)劃完成自動(dòng)化噴涂作業(yè)。但由于我國制造業(yè)整體技術(shù)水平的限 制，至今未能對(duì)串聯(lián)機(jī)器人的精度和可靠性不高問題做出實(shí)質(zhì)性的突破，串聯(lián)式噴涂機(jī)器 人的控制相對(duì)較復(fù)雜，而且這種串聯(lián)式機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)形式單一，很難取得知識(shí)產(chǎn)權(quán)突破。相對(duì)于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由多個(gè)支鏈構(gòu)成的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其具有以下優(yōu) 點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、剛度高、單位重量上承載能力大、無誤差積累、運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量小、易于實(shí) 現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)，軌跡易于控制等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)在一定程度上彌補(bǔ)了串聯(lián)機(jī)構(gòu)的不足。本實(shí)用新型的目的就是為了克服我國制造業(yè)技術(shù)水平現(xiàn)狀，以解決串聯(lián)式噴涂機(jī) 器人在中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)突破難、加工制造難、可靠性差、控制困難等技術(shù)問題，為研制具有我 國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴涂機(jī)器人做出貢獻(xiàn)。本實(shí)用新型結(jié)合串聯(lián)移動(dòng)大和并聯(lián)結(jié)構(gòu)簡單、模 塊化程度高、制造安裝方便以及軌跡規(guī)劃和控制容易的特性，發(fā)明一種可以適應(yīng)我國制造 國情的新型噴涂機(jī)器人。

實(shí)用新型內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型提出一種空間四自由度機(jī)構(gòu)，并基于該空間四自由度機(jī)構(gòu)發(fā)明了一種五自由度噴涂機(jī)器人。本實(shí)用新型提供一種空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)架以 及連接所述動(dòng)平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈，所述四個(gè) 支鏈的結(jié)構(gòu)兩兩對(duì)稱，其中第一支鏈和第三支鏈的結(jié)構(gòu)相同，第二支鏈和第四支鏈結(jié)構(gòu)相 同，第一支鏈包括第一滑塊支架、第一連桿、第一滑塊及運(yùn)動(dòng)副組I，第三支鏈包括第三滑塊 支架、第三連桿、第三滑塊及運(yùn)動(dòng)副組III，所述運(yùn)動(dòng)副組I和運(yùn)動(dòng)副組III分別由三個(gè)運(yùn)動(dòng) 副組成；第二支鏈包括第二滑塊支架、第二連桿、第二滑塊及運(yùn)動(dòng)副組II，第四支鏈包括第 四滑塊支架、第四連桿、第四滑塊及運(yùn)動(dòng)副組IV，所述運(yùn)動(dòng)副組II和運(yùn)動(dòng)副組IV分別具有 四個(gè)運(yùn)動(dòng)副；第一滑塊支架和第三滑塊支架分別固接在運(yùn)動(dòng)機(jī)架上，第二滑塊支架和第四 滑塊支架與運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述四個(gè)支鏈與動(dòng)平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)機(jī)架連接形 成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四個(gè)連桿和四個(gè)滑塊之間的四個(gè)移動(dòng)副分別主動(dòng) 驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的兩個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本實(shí)用新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副組I包括連接于第一滑塊支架和第一滑塊之 間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第一滑塊和第一連桿之間的移動(dòng)副和連接于第一連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的 球副；運(yùn)動(dòng)副組III包括連接于第三滑塊支架和第三滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第三滑塊 和第三連桿之間的移動(dòng)副和連接于第三連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球副；運(yùn)動(dòng)副組II包括連接 于第二滑塊支架和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第二滑塊支架和第二滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng) 副、連接于第二滑塊和第二連桿之間的移動(dòng)副和連接于第二連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球副；運(yùn) 動(dòng)副組IV包括第四滑塊支架和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第四滑塊支架和第四滑塊 之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第四滑塊和第四連桿之間的移動(dòng)副和連接于第四連桿和動(dòng)平臺(tái)之間 的球副。本實(shí)用新型還提供一種裝備有上述并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五自由度噴涂機(jī)器人，該噴涂機(jī)器 人包括噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元和移動(dòng)單元兩個(gè)部分，所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)架安裝在直線導(dǎo)軌 上，可以實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)上安裝霧化器形成噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元，通過將 移動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)與空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元的三個(gè)移動(dòng)自 由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五自由度運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型所述的五自由度噴涂機(jī)器人，導(dǎo)軌為弧形導(dǎo)軌以用來適應(yīng)不同形狀零 部件的噴涂。本實(shí)用新型所述的五自由度噴涂機(jī)器人，可用于汽車零部件的自動(dòng)化噴涂作業(yè)。本實(shí)用新型中的噴涂機(jī)器人有如下優(yōu)點(diǎn)(1)柔性程度高，可適應(yīng)不同零部件的 噴涂作業(yè)環(huán)境；(2)速度快、靈活性好；(3)相對(duì)于串聯(lián)機(jī)構(gòu)更容易控制，噴涂精度易于保 證；(4)工作空間大，在導(dǎo)軌上可實(shí)現(xiàn)大范圍移動(dòng)；(5)結(jié)構(gòu)對(duì)稱，易于制造，成本較低，更容 易實(shí)現(xiàn)模塊化加工。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-導(dǎo)軌、2-運(yùn)動(dòng)機(jī)架、3-第二滑塊、4-第二連桿、5-第三連桿、6-第二滑塊支 架、7-第一滑塊支架、8-第一連桿、9-第一滑塊、10-第四連桿、11-第四滑塊支架、12-第四 滑塊、13-動(dòng)平臺(tái)、14-第三滑塊、15-第三滑塊支架、16-待噴涂零部件。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)合附圖1詳細(xì)說明如下如圖1中所示，空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括動(dòng)平臺(tái)13、運(yùn)動(dòng)機(jī)架2、和連接所述動(dòng) 平臺(tái)13和運(yùn)動(dòng)機(jī)架2之間的第一、第二、第三、第四支鏈。由于結(jié)構(gòu)兩兩對(duì)稱，其中第一支 鏈和第三支鏈結(jié)構(gòu)相同，第二支鏈和第四支鏈結(jié)構(gòu)相同。所述的結(jié)構(gòu)相同的第一、第三支鏈 分別包括第一滑塊支架7、第一滑塊9、第一連桿8、及運(yùn)動(dòng)副組I和第三滑塊支架15、第三 滑塊14、第三連桿5、及運(yùn)動(dòng)副組III。所述的運(yùn)動(dòng)副組I和運(yùn)動(dòng)副組III各由三個(gè)運(yùn)動(dòng)副 組成，分別是連接于第一滑塊支架7和第一滑塊9之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連接于第一滑塊9 和第一連桿8之間的移動(dòng)副(P)，連接于第一連桿8和動(dòng)平臺(tái)13之間的球副(S)；和連接于 第三滑塊支架15和第三滑塊14之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連接于第三滑塊14和第三連桿5之間 的移動(dòng)副(P)，連接于第三連桿5和動(dòng)平臺(tái)13之間的球副(S)。其中第一、第三滑塊支架分 別固定連接在運(yùn)動(dòng)機(jī)架上。所述的第二、第四支鏈分別包括第二滑塊支架6、第二滑塊3、 第二連桿4及運(yùn)動(dòng)副組II，和第四滑塊支架11、第四滑塊12、第四連桿10及運(yùn)動(dòng)副組IV。 所述的運(yùn)動(dòng)副組II和運(yùn)動(dòng)副組IV各由四個(gè)運(yùn)動(dòng)副組成，分別是連接于第二滑塊支架6和 運(yùn)動(dòng)機(jī)架2之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連接于第二滑塊3和第二滑塊支架6之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連 接于第二滑塊3和第二連桿4之間的移動(dòng)副(P)，連接于第二連桿4和動(dòng)平臺(tái)13之間的球 副( ；和連接于第四滑塊支架11和運(yùn)動(dòng)機(jī)架2之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連接于第四滑塊12和 第四滑塊支架11之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)，連接于第四滑塊12和第四連桿10之間的移動(dòng)副(P)， 連接于第四連桿10和動(dòng)平臺(tái)13之間的球副(S)。上述的四個(gè)支鏈和動(dòng)平臺(tái)13、運(yùn)動(dòng)機(jī)架2 連接構(gòu)成空間四自由度機(jī)構(gòu)，其中的四個(gè)移動(dòng)副(P)分別被驅(qū)動(dòng)，控制動(dòng)平臺(tái)13的位置和 姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)其兩個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。仍然如圖1所示，基于上述的空間四自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型提供一種空間 五自由度的噴涂機(jī)器人，該噴涂機(jī)器人包括噴涂作業(yè)單元和移動(dòng)單元兩個(gè)部分，所述實(shí)現(xiàn) 噴涂動(dòng)作的機(jī)構(gòu)是一個(gè)四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)架2安裝在導(dǎo)軌1上， 通過移動(dòng)副(P)連接，來實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人的大范圍水平移動(dòng)。通過將移動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)和空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)該噴涂機(jī)器人 的五自由度運(yùn)動(dòng)，可以完成對(duì)絕大多數(shù)的汽車零部件的自動(dòng)化噴涂作業(yè)。本實(shí)施例圖1中 導(dǎo)軌1是直線形的，可以理解的是，如有需要可以將其導(dǎo)軌1變成彎曲的，也可以將該噴涂 機(jī)器人整體翻轉(zhuǎn)90° (將導(dǎo)軌1豎直放置)，以適應(yīng)不同形狀和規(guī)格的待噴涂零部件的噴 涂作業(yè)環(huán)境。本實(shí)用新型不限于上述的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的技術(shù) 方案的啟示下作出相應(yīng)的替換和修改，均在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1 一種空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于該并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)動(dòng)平臺(tái)、一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī) 架以及連接所述動(dòng)平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈，所述 四個(gè)支鏈的結(jié)構(gòu)兩兩對(duì)稱，其中第一支鏈和第三支鏈的結(jié)構(gòu)相同，第二支鏈和第四支鏈結(jié) 構(gòu)相同，第一支鏈包括第一滑塊支架、第一連桿、第一滑塊及運(yùn)動(dòng)副組I，第三支鏈包括第三 滑塊支架、第三連桿、第三滑塊及運(yùn)動(dòng)副組III，所述運(yùn)動(dòng)副組I和運(yùn)動(dòng)副組III分別由三個(gè) 運(yùn)動(dòng)副組成；第二支鏈包括第二滑塊支架、第二連桿、第二滑塊及運(yùn)動(dòng)副組II，第四支鏈包 括第四滑塊支架、第四連桿、第四滑塊及運(yùn)動(dòng)副組IV，所述運(yùn)動(dòng)副組II和運(yùn)動(dòng)副組IV分別 具有四個(gè)運(yùn)動(dòng)副；第一滑塊支架和第三滑塊支架分別固接在運(yùn)動(dòng)機(jī)架上，第二滑塊支架和 第四滑塊支架與運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述四個(gè)支鏈與動(dòng)平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)機(jī)架連 接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四個(gè)連桿和四個(gè)滑塊之間的四個(gè)移動(dòng)副分別 主動(dòng)驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的兩個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于運(yùn)動(dòng)副組I包括連接于第一滑塊支架 和第一滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第一滑塊和第一連桿之間的移動(dòng)副、和連接于第一連桿 和動(dòng)平臺(tái)之間的球副；運(yùn)動(dòng)副組III包括連接于第三滑塊支架和第三滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、 連接于第三滑塊和第三連桿之間的移動(dòng)副、和連接于第三連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球副；運(yùn)動(dòng) 副組II包括連接于第二滑塊支架和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第二滑塊支架和第二 滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第二滑塊和第二連桿之間的移動(dòng)副、和連接于第二連桿和動(dòng)平 臺(tái)之間的球副；運(yùn)動(dòng)副組IV包括連接于第四滑塊支架和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第 四滑塊支架和第四滑塊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副、連接于第四滑塊和第四連桿之間的移動(dòng)副、和連接 于第四連桿和動(dòng)平臺(tái)之間的球副。
3.一種具有如權(quán)利要求1或2所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五自由度噴涂機(jī)器人，該噴涂機(jī)器人包 括噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元和移動(dòng)單元兩個(gè)部分，所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)架安裝在直線導(dǎo)軌上， 可以實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)，在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)上安裝霧化器形成噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元，通過將移 動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)與空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元的三個(gè)移動(dòng)自由 度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五自由度運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于四自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的五自由度噴涂機(jī)器人，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。該噴涂機(jī)器人包括移動(dòng)單元和噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元兩個(gè)部分，噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)架是移動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)部分，通過導(dǎo)軌可實(shí)現(xiàn)大范圍的直線移動(dòng)。所述噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)安裝霧化器的動(dòng)平臺(tái)和一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)架，和連接所述動(dòng)平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)機(jī)架之間的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈及第四支鏈，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所述的第一支鏈和第三支鏈的結(jié)構(gòu)相同，第二支鏈和第四支鏈結(jié)構(gòu)相同。四個(gè)支鏈與動(dòng)平臺(tái)以及運(yùn)動(dòng)機(jī)架連接形成一個(gè)空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過四個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。通過將移動(dòng)機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)和噴涂作業(yè)機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，可使該噴涂機(jī)器人實(shí)現(xiàn)三個(gè)移動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。所述噴涂機(jī)器人的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，靈活性好、精度和剛度高，易于制造，方便控制，容易實(shí)現(xiàn)模塊化。
文檔編號(hào)B05B13/04GK201871452SQ20102056909
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者仇洪根, 劉辛軍, 吳超, 王立平, 陳祥 申請(qǐng)人:江蘇長虹汽車裝備集團(tuán)有限公司, 清華大學(xué)