一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。該機(jī)構(gòu)包括底座，龍門機(jī)架、輸送平臺和兩個混聯(lián)機(jī)構(gòu)；底座中部和兩側(cè)分別設(shè)置有導(dǎo)軌，龍門機(jī)架通過底座兩側(cè)的導(dǎo)軌連接在底座上，輸送平臺通過底座中部的導(dǎo)軌連接在底座上；兩個混聯(lián)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)相同且對稱布置在龍門機(jī)架的兩側(cè)立柱上，均能單獨實現(xiàn)四自由度運(yùn)動。每個混聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個串聯(lián)機(jī)構(gòu)，形成空間混聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過四個驅(qū)動器驅(qū)動，實現(xiàn)兩個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度的運(yùn)動。通過龍門機(jī)架和混聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，可使該噴涂機(jī)構(gòu)實現(xiàn)三個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度的噴涂作業(yè)。本噴涂機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)對稱、靈活性高及剛度高等特點，易于制造，方便控制，可實現(xiàn)模塊化。
【專利說明】一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造領(lǐng)域，特別涉及一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]噴涂機(jī)器人是一種常用的工業(yè)機(jī)器人，其研宄與應(yīng)用已有40多年的歷史。近年來由于國內(nèi)汽車制造業(yè)和大型機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和需求，我國的許多汽車廠家和機(jī)械制造企業(yè)也正在開發(fā)和研宄適合自己的噴涂機(jī)器人，同時許多國外知名噴涂機(jī)器人廠家紛紛與國內(nèi)企業(yè)合作或者在國內(nèi)設(shè)立分公司。如德國的杜爾在上海設(shè)立分公司、日本的安川MOTOMAN與國內(nèi)首鋼合作，瑞典ABB也在中國設(shè)立分公司，主要銷售噴涂和非噴涂等工業(yè)機(jī)器人。由于我國噴涂機(jī)器人技術(shù)的研宄起步較晚，投入少，在總體技術(shù)上與國外先進(jìn)水平相比還有較大差距，國內(nèi)自主研發(fā)和生產(chǎn)的噴涂機(jī)器人存在工作不夠穩(wěn)定，重復(fù)精度低，使用壽命短，噴涂質(zhì)量不理想等缺點，國內(nèi)汽車廠噴涂線上的噴涂機(jī)器人基本依靠進(jìn)口，普遍存在消化難、維修難、升級難等問題，難以真正發(fā)揮設(shè)備的作用。也有少數(shù)企業(yè)采用半人工半自動噴涂，噴涂產(chǎn)品的質(zhì)量難以保證，工人勞動強(qiáng)度大，而且涂料對人體健康有很大的損害等缺點。
[0003]國內(nèi)外使用的噴涂機(jī)器人本體主要是基于串聯(lián)機(jī)構(gòu)開發(fā)的，而并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為串聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個重要補(bǔ)充，在某些領(lǐng)域優(yōu)于串聯(lián)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種閉環(huán)機(jī)械系統(tǒng)，它由動平臺、靜平臺和聯(lián)接兩平臺的多個獨立支鏈組成，具有剛度高、承載能力強(qiáng)、模塊化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊以及動態(tài)慣量低等特性。串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間大，控制系統(tǒng)和運(yùn)動學(xué)分析簡單等優(yōu)勢。混聯(lián)機(jī)構(gòu)具有并聯(lián)和串聯(lián)的優(yōu)點，適合噴涂機(jī)器人的噴涂表面曲線形狀復(fù)雜，噴涂軌跡復(fù)雜，噴涂工作空間大等特點，并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于噴涂機(jī)器人中，具有剛度高、控制簡單等優(yōu)點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了適應(yīng)乘用車類型多、表面曲線形狀復(fù)雜、噴涂工作空間大、噴涂質(zhì)量和精度要求高等特點，開發(fā)一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括底座、龍門機(jī)架、輸送平臺和混聯(lián)機(jī)構(gòu)；底座中部和兩側(cè)分別設(shè)置有導(dǎo)軌，龍門機(jī)架通過底座兩側(cè)的導(dǎo)軌連接在底座上，輸送平臺通過底座中部的導(dǎo)軌連接在底座上，待噴涂的乘用車固定在輸送平臺上；所述混聯(lián)機(jī)構(gòu)包括兩個結(jié)構(gòu)相同，且對稱布置在龍門架兩側(cè)的第一混聯(lián)機(jī)構(gòu)和第二混聯(lián)機(jī)構(gòu)，每個混聯(lián)機(jī)構(gòu)包括一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個串聯(lián)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括長連桿、短連桿、第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器；第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)和第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)安裝在龍門機(jī)架上且上下布置；
[0007]所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)由兩個伸縮支鏈組成，第一伸縮桿、噴頭擺桿和第三驅(qū)動器組成第一伸縮支鏈，第二伸縮桿、噴頭和第四驅(qū)動器組成第二伸縮支鏈；
[0008]第一伸縮桿分別通過轉(zhuǎn)動副與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊和噴頭擺桿的一端鉸接；第二伸縮桿分別通過轉(zhuǎn)動副與噴頭擺桿和噴頭鉸接；短連桿的兩端分別與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)和長連桿中部鉸接，長連桿的兩端分別通過轉(zhuǎn)動副與第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊和噴頭擺桿鉸接。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述的第一驅(qū)動器、第二驅(qū)動器、第三驅(qū)動器和第四驅(qū)動器采用伺服電機(jī)。所述第一伸縮桿和第二伸縮桿采用滾珠絲杠滑塊機(jī)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果:本發(fā)明針對乘用車類型多、表面曲線形狀復(fù)雜、噴涂工作空間大、噴涂質(zhì)量和精度要求高等特點，利用混聯(lián)機(jī)構(gòu)開發(fā)了乘用車噴涂機(jī)器人機(jī)構(gòu)；混聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)四個自由度的運(yùn)動，并結(jié)合龍門機(jī)架的平動，能夠控制噴頭的位置和姿態(tài)，實現(xiàn)五自由度噴涂作業(yè)；本機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度高和動態(tài)性能好的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面的噴涂作業(yè)。同時，所述噴涂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)對稱，易于制造，方便控制，容易實現(xiàn)模塊化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的混聯(lián)機(jī)構(gòu)實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的混聯(lián)機(jī)構(gòu)中并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的混聯(lián)機(jī)構(gòu)中第一伸縮支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的混聯(lián)機(jī)構(gòu)中第二伸縮支鏈結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1-底座、2-輸送平臺、3-混聯(lián)機(jī)構(gòu)、4-龍門機(jī)架、5-乘用車殼體、301-長連桿、302-短連桿、303-第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)、304-第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)、305-第一驅(qū)動器、306-第二驅(qū)動器、307-第一伸縮桿、308-噴頭擺桿、309-第二伸縮桿、310-噴頭、311-第三驅(qū)動器、312-第四驅(qū)動器。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和【具體實施方式】做詳細(xì)說明如下:
[0018]圖1為本發(fā)明提供的一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖，該噴涂機(jī)構(gòu)主要包括底座1、混聯(lián)機(jī)構(gòu)3和龍門機(jī)架4。底座I中部和兩側(cè)分別設(shè)置有導(dǎo)軌，龍門機(jī)架4通過底座I兩側(cè)的導(dǎo)軌連接在底座I上，輸送平臺6通過底座I中部的導(dǎo)軌連接在底座I上，待噴涂的乘用車5固定在輸送平臺2上。兩個混聯(lián)機(jī)構(gòu)3結(jié)構(gòu)相同，且對稱布置在龍門架4兩側(cè)，本發(fā)明通過混聯(lián)機(jī)構(gòu)3和龍門機(jī)架4的協(xié)同運(yùn)動實現(xiàn)五自由度噴涂作業(yè)。
[0019]在本實施例中，如圖1所示，所述混聯(lián)機(jī)構(gòu)3對稱布置在龍門機(jī)架4上，兩個混聯(lián)機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)相同，每個混聯(lián)機(jī)構(gòu)均能單獨實現(xiàn)四個自由度的運(yùn)動。所述龍門機(jī)架4的立柱下部設(shè)有凹槽，通過底座I兩側(cè)的兩條導(dǎo)軌連接在底座I上，兩條導(dǎo)軌為條狀結(jié)構(gòu)，在同一高度且相互平行，龍門機(jī)架4由驅(qū)動器(圖中未畫出)驅(qū)動沿導(dǎo)軌相對于底座I進(jìn)行平移運(yùn)動。整個機(jī)構(gòu)通過龍門機(jī)架4和混聯(lián)機(jī)構(gòu)3的運(yùn)動相結(jié)合實現(xiàn)五自由度噴涂作業(yè)。
[0020]本實施例中，所述兩個混聯(lián)機(jī)構(gòu)3在結(jié)構(gòu)上完全相同，以單個混聯(lián)機(jī)構(gòu)3的具體結(jié)構(gòu)為例對混聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖2所示，混聯(lián)機(jī)構(gòu)3由一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個串聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，形成空間混聯(lián)機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)噴涂作業(yè)時的兩個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度。如圖2、3所示，上述并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括長連桿301、短連桿302、第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304以及分別安裝在長連桿301和短連桿302 —端的第一驅(qū)動器305和第二驅(qū)動器307。由第一驅(qū)動器305經(jīng)絲杠驅(qū)動可滑動的第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303的滑塊設(shè)置于龍門機(jī)架4的一側(cè)，長連桿301的兩端分別與第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303的滑塊和串聯(lián)機(jī)構(gòu)鉸接，由第二驅(qū)動器306經(jīng)絲杠驅(qū)動的可滑動的第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊設(shè)置于龍門機(jī)架4的一偵牝短連桿302的兩端分別與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊和長連桿301中部鉸接，通過第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303的滑塊和第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304滑塊上下移動，使機(jī)構(gòu)具有兩個平動自由度。其中，第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304、長連桿301和短連桿302組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)，帶動噴頭在平面內(nèi)兩自由度的平移運(yùn)動。上述并聯(lián)機(jī)構(gòu)通過安裝在龍門機(jī)架4的第一驅(qū)動器305和第二驅(qū)動器306，分別控制第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303的滑塊、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊的移動從而控制長連桿301和短連桿302的擺動，進(jìn)而控制并聯(lián)機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)完成兩自由度的平移運(yùn)動。
[0021]在上述每個并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了串聯(lián)機(jī)構(gòu)，串聯(lián)機(jī)構(gòu)增加了兩個旋轉(zhuǎn)自由度，所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)由兩個伸縮支鏈組成。如圖2、4、5所示，上述兩個伸縮支鏈包括由第一伸縮桿307、噴頭擺桿308和第三驅(qū)動器311組成的第一伸縮支鏈，由第二伸縮桿309、噴頭310和第四驅(qū)動器312組成的第二伸縮支鏈。
[0022]如圖2、4所示，第一伸縮桿307的一端通過轉(zhuǎn)動副與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊連接，第一伸縮桿307的另一端通過轉(zhuǎn)動副與噴頭擺桿308的一端連接，噴頭擺桿308的中部連接在長連桿301的一端鉸接形成轉(zhuǎn)動副，噴頭310安裝在噴頭擺桿308的另一端。通過安裝在第一伸縮桿307上端的第三驅(qū)動器311控制第一伸縮桿307的伸縮運(yùn)動，控制喂'頭擺桿308在龍門機(jī)架4構(gòu)成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，從而帶動喂'頭310轉(zhuǎn)動。如圖2、5所不，弟二伸縮桿309的一端通過轉(zhuǎn)動副連接在噴頭擺桿308 —端設(shè)置的分支3081上，第二伸縮桿309的另一端通過轉(zhuǎn)動副與噴頭310中部設(shè)置的分支3101相連。通過第四驅(qū)動器312控制第二伸縮桿309的伸縮運(yùn)動，從而控制噴頭310繞噴頭擺桿308完成由噴頭擺桿308和第二伸縮桿309構(gòu)成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。上述的第一伸縮支鏈和第二伸縮支鏈協(xié)同運(yùn)動，控制噴頭空間姿態(tài)，完成兩自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0023]本實施例的工作原理是上述的第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304、長連桿301和短連桿302構(gòu)成平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303和第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304分別經(jīng)絲杠安裝在龍門機(jī)架4的立柱上，通過第一驅(qū)動器305和第二驅(qū)動器306分別驅(qū)動絲杠實現(xiàn)第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)303和第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊移動，從而帶動長連桿301和短連桿302的轉(zhuǎn)動，控制整個機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)實現(xiàn)兩個移動自由度。第一伸縮支鏈通過轉(zhuǎn)動副連接在第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)304的滑塊上，通過第三驅(qū)動器311驅(qū)動，控制第一伸縮桿307的伸縮運(yùn)動，從而控制噴頭擺桿308在龍門機(jī)架4構(gòu)成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，帶動噴頭310轉(zhuǎn)動。第二伸縮支鏈通過轉(zhuǎn)動副連接在噴頭擺桿308上，通過第四驅(qū)動器312驅(qū)動，控制第二伸縮桿309的伸縮運(yùn)動，從而控制噴頭310繞噴頭擺桿308完成由噴頭擺桿308和第二伸縮桿309構(gòu)成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。整個混聯(lián)模塊帶動噴頭能夠?qū)崿F(xiàn)在空間內(nèi)兩個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度的噴涂作業(yè)。
[0024]在工作時，混聯(lián)模塊3對稱布置在龍門機(jī)架4的立柱上，乘用車殼體5固定在輸送平臺2上，龍門機(jī)架4沿著底座I兩側(cè)的導(dǎo)軌方向上運(yùn)動，實現(xiàn)第一個移動自由度。在噴涂作業(yè)中，由龍門機(jī)架4和混聯(lián)機(jī)構(gòu)3—起聯(lián)合作業(yè)，實現(xiàn)三個移動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度的噴涂作業(yè)。由于乘用車殼體5待噴涂曲面多為變曲率的曲面，隨著乘用車殼體5噴涂位置的變化，需要不斷調(diào)整乘用車殼體5的位置和姿態(tài)，噴涂機(jī)構(gòu)通過平移運(yùn)動控制噴涂的位置，保證噴頭310的末端與乘用車殼體5待噴涂曲面之間的固定距離；通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動控制噴涂的姿態(tài)，始終保持噴頭310與待噴涂曲面垂直，從而保證噴涂作業(yè)中的穩(wěn)定性和均勻性，實現(xiàn)對乘用車殼體5曲面的高質(zhì)量噴涂作業(yè)。
【權(quán)利要求】
1.一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括底座(I)、龍門機(jī)架(4)和混聯(lián)機(jī)構(gòu)(3);底座⑴中部和兩側(cè)分別設(shè)置有導(dǎo)軌，龍門機(jī)架⑷通過底座⑴兩側(cè)的導(dǎo)軌連接在底座(I)上，輸送平臺(6)通過底座(I)中部的導(dǎo)軌連接在底座(I)上，待噴涂的乘用車(5)固定在輸送平臺(2)上；所述混聯(lián)機(jī)構(gòu)(3)包括兩個結(jié)構(gòu)相同，且對稱布置在龍門架(4)兩側(cè)的第一混聯(lián)機(jī)構(gòu)和第二混聯(lián)機(jī)構(gòu)，每個混聯(lián)機(jī)構(gòu)(3)包括一個并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個串聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括長連桿(301)、短連桿(302)、第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(303)、第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(304)、第一驅(qū)動器(305)和第二驅(qū)動器(306);第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(303)和第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(304)安裝在龍門機(jī)架(4)上且上下布置； 所述串聯(lián)機(jī)構(gòu)由兩個伸縮支鏈組成，第一伸縮桿(307)、噴頭擺桿(308)和第三驅(qū)動器(311)組成第一伸縮支鏈；第二伸縮桿(309)、噴頭(310)和第四驅(qū)動器(312)組成第二伸縮支鏈； 第一伸縮桿(307)分別通過轉(zhuǎn)動副與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(304)的滑塊和噴頭擺桿(308)的一端鉸接；第二伸縮桿(309)分別通過轉(zhuǎn)動副與噴頭擺桿(308)和噴頭(310)鉸接；并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的短連桿(302)的兩端分別與第二絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(304)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的長連桿(301)中部鉸接，長連桿(301)的兩端分別通過轉(zhuǎn)動副與第一絲杠滑塊機(jī)構(gòu)(303)的滑塊和噴頭擺桿(308)鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)，其特征在于，第一驅(qū)動器(305)、第二驅(qū)動器(306)、第三驅(qū)動器(311)和第四驅(qū)動器(312)采用伺服電機(jī)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種五自由度混聯(lián)式乘用車噴涂機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述第一伸縮桿和第二伸縮桿采用滾珠絲杠滑塊機(jī)構(gòu)。
【文檔編號】B05B13/02GK104437937SQ201410784146
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王立平, 于廣, 吳軍, 李鐵民 申請人:清華大學(xué)