CN105396727B - 一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，该机构包括机架、转台、第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、第五杆件、第六杆件、第七杆件、第八杆件、连接平台、第九杆件、第十杆件、动平台和喷枪。通过驱动转台、第一杆件、第二杆件、第七杆件与第八杆件，可实现喷枪的五自由度运动，从而完成对待喷涂车身的整车喷涂。该喷涂机构属于串并联混合机构，工作空间大，结构对称，易于制造，易实现模块化，成本低，灵活性好，柔性好，可对不同汽车整车进行喷涂作业。

Description

一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构
技术领域
本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构。
背景技术
近年来，汽车制造业在我国的高速发展促进了工业机器人的发展。自从2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国汽车工业的发展进入了一个历史性的高速增长期。汽车需求量飞速增长，人们对汽车质量的要求也在不断提高。在这种局面下，国际汽车巨头纷纷进入中国市场并不断扩大原有生产规模，国内汽车自主品牌生产厂家也纷纷加大研发和投资力度，由此可见在未来几年，我国的汽车生产量仍将持续增加，各种新车型也会大量出现，汽车工业对工业机器人等自动化汽车生产装备的需求将会不断增加。
目前，在国内广泛使用的、有代表性的喷涂机构大部分都是串联机构。串联机构具有工作空间大的优点，但相对于串联机构，并联机构具有加速度高、刚度高、精度高、灵活性好、机构简单对称、可重构、制造成本低等优点，因此可以在原有的串联机构的基础上，结合并联机构的优点，开发出适用于喷涂的混联机构，具有非常广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，使其拥有并联机构的高速、高精度、高刚度、易于制造的优点，又拥有串联机构工作空间大的优点，更适应于汽车车身的喷涂作业任务，可针对不同形状和规格的汽车车身进行喷涂作业。
本发明的技术方案如下：
一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，其特征在于：该机构包括机架、转台、第一杆件、第二杆件、第三杆件、第四杆件、第五杆件、第六杆件、第七杆件、第八杆件、第九杆件、第十杆件、连接平台、动平台和喷枪；所述的转台通过第一转动副与机架连接，所述的第一杆件一端通过第二转动副与转台连接；所述的第二杆件一端通过第三转动副与转台连接，所述的第二转动副的转动轴线与第三转动副的转动轴线重合；所述的第三杆件一端通过第四转动副与第二杆件的另一端连接，所述的第四杆件通过第五转动副与第一杆件的另一端连接；所述的第四杆件一端通过第六转动副与第三杆件的另一端连接；所述的第二转动副到第四转动副的距离与第五转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副到第五转动副的距离与第四转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴线相互平行；所述的第五杆件一端通过第一虎克副与转台连接，所述的第六杆件一端通过第二虎克副与转台连接；所述的 第七杆件通过第一移动副与第五杆件连接；所述的第八杆件通过第二移动副与第六杆件连接；所述的连接平台通过第三虎克副、第一球副和第二球副分别与第四杆件、第七杆件一端和第八杆件一端连接；所述的第三虎克副靠近第四杆件的转动轴线与第五转动副的转动轴线重合；所述的第九杆件一端通过第三球副与连接平台连接；所述的第十杆件一端通过第四球副与连接平台连接；所述的动平台通过第四虎克副、第五球副和第六球副分别与第四杆件的另一端、第九杆件的另一端和第十杆件的另一端连接；所述的第四虎克副的两条转动轴线分别与第三虎克副的两条转动轴线平行；所述的喷枪固定在动平台上。
所述的第三球副到第五球副的距离、第四球副到第六球副的距离以及第三虎克副到第四虎克副的距离均相等。
所述的第一球副的中心、第二球副的中心和第三虎克副的中心组成第一平面，第三球副的中心、第四球副的中心和第三虎克副的中心组成第二平面，所述的两个平面所成的角度在45度到135度之间。
所述的连接第七杆件和第五杆件的第一移动副、连接第八杆件和第六杆件的第二移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。
本发明的特点及技术效果：本发明提出一种可实现汽车车身喷涂的机构，其具有串联机构的较大工作空间的优点，又具有并联机构刚度高，精度高，动态性能好的优点。本发明的机构结构对称，易于制造，控制简单，灵活性好，应用于喷涂时易于适应不同形状汽车车身，进而提高生产效率。
附图说明
图1为本发明提供的五自由度机构的实施例的三维结构示意图。
图2为本发明的部分结构的实施例结构示意图。
图3为本发明的连接平台的实施例结构示意图。
图4为本发明的动平台与喷枪的实施例结构示意图。
图中：1-待喷涂车身、2-机架、3-转台、4-第一杆件、5-第五杆件、6-第七杆件、7-喷枪、8-动平台、9-第十杆件、10-第九杆件、11-第四杆件、12-连接平台、13-第八杆件、14-第六杆件、15-第三杆件、16-第二杆件、121-第三虎克副、122-第二球副、123-第一球副、124-第三球副、125-第四球副、81-第四虎克副、82-第六球副、83-第五球副。
具体实施方式
本发明的一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构结合附图及实施例详细说明如下：
本实施例的一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构的结构如图1所示，所述的五自由度混联机构包括机架2、转台3、第一杆件4、第二杆件16、第三杆件15、第四杆件11、第五杆件5、第六杆件14、第七杆件6、第八杆件13、连接平台12、第九杆件10、第十杆件9、动平台8和喷枪7。
所述的转台3通过第一转动副与机架2连接。通过控制第一转动副，实现喷枪7的大幅度空间平移。
如图2所示，所述的第一杆件4一端通过第二转动副与转台3连接，所述的第二杆件16一端通过第三转动副与转台3连接，所述的第二转动副的转动轴线与第三转动副的转动轴线重合；所述的第三杆件15一端通过第四转动副与第二杆件16的另一端连接，所述的第四杆件11通过第五转动副与第一杆件4的另一端连接，所述的第四杆件11一端通过第六转动副与第三杆件15的另一端连接；所述的第二转动副到第四转动副的距离与第五转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副到第五转动副的距离与第四转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴线相互平行；通过控制所述的第二转动副与第三转动副实现喷枪7在第一杆件4与第四杆件11所构成的平面内的大幅度二自由度移动。
所述的第五杆件5一端通过第一虎克副与转台3连接，所述的第六杆件14一端通过第二虎克副与转台3连接；所述的第七杆件6通过第一移动副与第五杆件5连接；所述的第八杆件13通过第二移动副与第六杆件14连接；所述的连接平台12通过第三虎克副121、第一球副123和第二球副122分别与第四杆件11、第七杆件6一端和第八杆件13一端连接；如图3所示，所述的第一球副123的中心、第二球副122的中心和第三虎克副121的中心组成的第一平面与第三球副124的中心、第四球副125的中心和第三虎克副121的中心组成的第二平面所成的角度在45度到135度之间；所述的第三虎克副121靠近第四杆件11的转动轴线与第五转动副的转动轴线重合。
所述的第九杆件10一端通过第三球副124与连接平台12连接；所述的第十杆件9一端通过第四球副125与连接平台12连接；如图4所示，所述的动平台8通过第四虎克副81、第五球副83和第六球副82分别与第四杆件11的另一端、第九杆件10的另一端和第十杆件9的另一端连接；所述的第三球副124到第五球副83的距离、第四球副125到第六球副82的距离以及第三虎克副121到第四虎克副81的距离均相等；所述的第四虎克副81的两条转动轴线分别与第三虎克副121的两条转动轴线平行；所述的喷枪7固定在动平台8上。通过控制所述的第一移动副与第二移动副，实现连接平台12的二自由度转动，通过第九杆件10与第十杆件9，将连接平台12的二自由度转动运动传递到动平台8与喷枪7上，从而实现喷枪7的五自由度运动。
本发明可实现喷枪7的五自由度运动，进而实现汽车车身的喷涂作业。该喷涂机构结构对称，灵活性好，易于制造，易实现模块化。

Claims (4)

1.一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，其特征在于：该机构包括机架(2)、转台(3)、第一杆件(4)、第二杆件(16)、第三杆件(15)、第四杆件(11)、第五杆件(5)、第六杆件(14)、第七杆件(6)、第八杆件(13)、第九杆件(10)、第十杆件(9)、连接平台(12)、动平台(8)和喷枪(7)；所述的转台(3)通过第一转动副与机架(2)连接；所述的第一杆件(4)一端通过第二转动副与转台(3)连接，所述的第二杆件(16)一端通过第三转动副与转台(3)连接，所述的第二转动副的转动轴线与第三转动副的转动轴线重合；所述的第三杆件(15)一端通过第四转动副与第二杆件(16)的另一端连接，所述的第四杆件(11)通过第五转动副与第一杆件(4)的另一端连接，所述的第四杆件(11)一端通过第六转动副与第三杆件(15)的另一端连接；所述的第二转动副到第四转动副的距离与第五转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副到第五转动副的距离与第四转动副到第六转动副的距离相等，所述的第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴线相互平行；所述的第五杆件(5)一端通过第一虎克副与转台(3)连接，所述的第六杆件(14)一端通过第二虎克副与转台(3)连接；所述的第七杆件(6)通过第一移动副与第五杆件(5)连接；所述的第八杆件(13)通过第二移动副与第六杆件(14)连接；所述的连接平台(12)通过第三虎克副(121)、第一球副(123)和第二球副(122)分别与第四杆件(11)、第七杆件(6)一端和第八杆件(13)一端连接；所述的第三虎克副(121)靠近第四杆件(11)的转动轴线与第五转动副的转动轴线重合；所述的第九杆件(10)一端通过第三球副(124)与连接平台(12)连接；所述的第十杆件(9)一端通过第四球副(125)与连接平台(12)连接；所述的动平台(8)通过第四虎克副(81)、第五球副(83)和第六球副(82)分别与第四杆件(11)的另一端、第九杆件(10)的另一端和第十杆件(9)的另一端连接；所述的第四虎克副(81)的两条转动轴线分别与第三虎克副(121)的两条转动轴线平行；所述的喷枪(7)固定在动平台(8)上。
2.如权利要求1所述的一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，其特征在于：第三球副(124)到第五球副(83)的距离、第四球副(125)到第六球副(82)的距离以及第三虎克副(121)到第四虎克副(81)的距离均相等。
3.如权利要求1所述的一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，其特征在于：所述的第一球副(123)的中心、第二球副(122)的中心和第三虎克副(121)的中心组成第一平面，第三球副(124)的中心、第四球副(125)的中心和第三虎克副(121)的中心组成第二平面，所述第一平面和所述第二平面所形成的角度在45度到135度之间。
4.如权利要求1所述的一种用于汽车车身喷涂的五自由度混联机构，其特征在于：连接第七杆件(6)和第五杆件(5)的第一移动副、连接第八杆件(13)和第六杆件(14)的第二移动副采用丝杠螺母驱动、液压驱动或者气压驱动。
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