CN110743736B - 一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，属于机器人技术领域。包括喷涂机构、传送带机构、机架和喷枪；喷涂机构包括并联机构和串联机构；并联机构通过定平台和固定设于机架内顶部；传送带机构固定设于机架内底部；并联机构通过动平台连接着串联机构；串联机构包括连接传动机构和三个电机，连接传动机构包括旋转底盘、中臂和下臂，喷枪设于下臂的下端；喷枪通过并联机构实现三个方向移动、通过串联机构实现三个方向转动，共有六个自由度。工作时，由传送带机构快速输送工件，通过喷枪实现对不同规格的各类工件进行多角度多方位喷涂。本发明的适应性强，可适用于不同规格、不同形状的复杂表面零件的喷涂。

Description

一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种六自由度混联喷涂机器人。

背景技术

相对于传统的人工喷涂作业，喷涂机器人喷涂作业具有材料使用率高、喷涂质量好、设备利用率高、生产效率高和应用领域广泛的优点。同时喷涂机器人的使用可以解放在恶劣环境中工作的工人，并大大提高企业的生产效率，减少废涂料和废溶剂的排放，使工业生产更加绿色，并且适用于手工生产和工业自动化生产线等场所。

喷涂机器人被广泛的应用于工业中的各个领域，现在市场上的喷涂机器人大致可分为两种，串联喷涂机器人和并联喷涂机器人，极少见到串并混联的喷涂机器人。串联喷涂机器人大多可分为坐标机器人和关节机器人。坐标机器人是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、多用途的操作机。而关节式喷涂机器人多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动，是工业领域中应用最为广泛的喷涂机器人。并联喷涂机器人中以Delta并联机构最为多见，它是一个拥有3个自由度的闭环机构，且通过并联方式驱动。通过繁琐而精确的计算，可以实现并联末端机构的移动。

基于串联机构或并联机构两者之一开发的喷涂机器人都有其自身突出的优点，也摆脱不了各自的缺陷。串联喷涂机器人虽然可以喷涂较为复杂的零件的外表面和内表面，但运动范围小，易产生动态误差积累。而并联喷涂机器人虽然结构紧凑稳定、精度高，但只能喷涂简单零件的外表面。目前的混联机器人虽综合了两者之优点，但还有很多地方有待改进。公开号为CN103521381A的专利公布了一种转台立柱式五自由度混联喷涂机器人，该发明专利虽然具有运动灵活，工作范围大的特点，但结构复杂、生产制造成本高，且应多用于大型零部件的喷涂。公开号为CN104057442A的专利公布了一种五自由度混联机器人，该发明专利中的并联机构采用结构复杂、运动学求解困难、安装调试困难，且串联机构只能实现一个旋转和一个摆动自由度，无法满足复杂零件的喷涂加工。

发明内容

为了解决小型复杂零件的表面喷涂问题，本发明提供一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人。

一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人包括喷涂机构、传送带机构3、机架4和喷枪29。喷涂机构包括并联机构1和串联机构2。所述并联机构1包括定平台11、动平台16和三副结构相同的连杆机构，三副连杆机构呈并联状连接在定平台11和动平台16之间；并联机构1通过定平台11和固定设于机架4内顶部；所述传送带机构3固定设于机架4内底部；

所述并联机构1的动平台16连接着串联机构2；

所述串联机构2包括连接传动机构、第一电机210、第二电机211和第三电机212；所述连接传动机构包括旋转底盘23、中臂25和下臂26，所述中臂25分别连接着旋转底盘23和下臂26；第一电机210设于并联机构1的动平台16上，其输出轴与旋转底盘23固定连接，第二电机211设于下臂26的上部，第三电机212设于中臂25上，所述喷枪29设于下臂26的下端。

喷枪29通过并联机构1实现三个方向移动、通过串联机构2实现三个方向转动；

工作时，由传送带机构3快速输送工件，通过喷枪29实现对不同规格的各类工件进行多角度多方位喷涂。

进一步限定的技术方案如下：

所述中臂25为水平状的短板，一侧固定连接着旋转底盘23的下部，第一电机210设于旋转底盘23的上部，第三电机212穿过旋转底盘23的下部固定连接着中臂25；中臂25另一侧活动连接着下臂26的上端，第二电机211固定设于下臂26的上部；第一电机210通过旋转底盘23带动串联机构2实现整体转动，第二电机211带动中臂25实现绕旋转底盘23转动，第三电机212带动中臂25实现绕下臂26转动。

所述旋转底盘23包括水平状的短管，短管的一端通过套管固定连接着中臂25的一侧，第三电机212位于短管内，第三电机212的输出轴通过键配合固定连接着中臂25的一侧；短管的外圆周上固定有连接法兰盘，第一电机210通过套管状的连接件22和连接法兰盘固定设于短管上，且第一电机210的输出轴线和短管的轴线之间的夹角为90度。

所述下臂26为L形臂，短臂为管状，第二电机211设于短臂内，长臂为条板状，长臂的上端连接着短臂的一端，长臂的下端一侧通过喷枪座28固定连接着喷枪29。

与长臂连接处对应短臂的管口为椭圆管口。

所述传送带机构3为小型带式传送带机构。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明为一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，采用串并混联的机构，并联机构具有x、y、z三个方向的移动自由度，串联机构具有三个方向的转动自由度。

2、本发明的并联机构可精确定位喷枪的空间位置坐标，串联机构可准确调整喷枪的角度和方位。

3、本发明具有六个自由度，可喷涂表面形状复杂的零件，也可以伸入零件内部喷涂零件的内表面。所以本发明的适应性强，可适用于不同规格、不同形状的复杂表面零件的喷涂。

4、本发明的喷涂机构为串并混联机器人机构，在喷涂过程中具有高精度、高刚度、高速度的特点，同时末端的喷枪具有自由灵活、角度多变、移动范围广的特点。

5、本发明具有结构简单、可靠性高、稳定性强的特点，且在生产过程中具有材料使用率高、喷涂效率高、喷涂质量好、设备利用率高和应用领域广泛的优点。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是喷涂机构结构示意图。

图3是并联机构结构示意图。

图4是串联机构结构示意图。

图5是串联机构爆炸图。

图6是传送带机构结构示意图。

图7是喷涂箱体类零件的示意图。

图8是喷涂复杂零件上底面的示意图。

上图中序号：并联机构1、串联机构2、传送带机构3、机架4、被喷涂件5、定平台11、交流伺服电机12、减速器机构13、驱动杆14、平行四边形从动支链机构15、动平台16、套筒21、连接件22、旋转底盘23、螺纹端盖24、中臂25、下臂26、端盖27、喷枪座28、喷枪29、第一电机210、第二电机211、第三电机212、减速电机31、传送带32。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

参见图1，一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人包括喷涂机构、传送带机构3、机架4和喷枪29。

参见图2，喷涂机构包括并联机构1和串联机构2。

参见图3，并联机构1包括定平台11、动平台16和三副结构相同的连杆机构。三副连杆机构呈并联状连接在定平台11和动平台16之间。每副连杆机构包括交流伺服电机12、减速器13、驱动杆14、平行四边形从动支链机构15。并联机构1通过定平台11固定安装于机架4内顶部；传送带机构3固定安装于机架4内底部，传送带机构3为小型带式传送带机构，包括减速电机31和传送带32，见图6。

参见图4，串联机构2包括连接传动机构、第一电机210、第二电机211和第三电机212。参见图5，连接传动机构包括旋转底盘23、中臂25和下臂26；中臂25分别连接着旋转底盘23和下臂26。

参见图5，中臂25为水平状的短板，一侧固定连接着旋转底盘23的下部，第一电机210固定安装于旋转底盘23的上部，第二电机211穿过旋转底盘23的下部固定连接着中臂25；中臂25另一侧活动连接着下臂26的上端；第三电机212固定安装于下臂26的上部；第一电机210通过旋转底盘23带动串联机构2实现整体转动，第二电机211带动中臂25实现绕旋转底盘23转动，第三电机212带动下臂26实现绕中臂25摆动。

参见图5，旋转底盘23包括水平状的短管，短管的一端通过套管固定连接着中臂25的一侧，第二电机211位于短管内，第二电机211的输出轴通过键配合固定连接着中臂25的一侧；短管的外圆周上固定有连接法兰盘，第一电机210通过套管状的连接件22和连接法兰盘固定安装于短管上，且第一电机210的输出轴线和短管的轴线之间的夹角为90度。

参见图5，下臂26为L形臂，短臂为管状，第三电机212安装于短臂内，与长臂连接处对应的短臂的管口为椭圆管口；长臂为条板状，长臂的上端连接着短臂的一端，长臂的下端一侧通过喷枪座28固定连接着喷枪29。

工作时，由传送带机构3在减速电机31和传送带32的作用下快速输送被喷涂件5，通过喷枪29实现对不同规格的各类被喷涂件进行多角度多方位喷涂。

实施例2

参见图7，本发明用于箱体类零件内外表面喷涂作业。

在箱体类零件的内外表面喷涂需作业时，需要喷枪29与被喷涂件5的内外侧表面形成一定的夹角便于喷涂，如图7所示。这就需要喷涂机构持续调整末端喷枪29的位姿，以适应被喷涂件5的侧面形状变化。

具体来说：在喷涂内侧面时，并联机构1的3个交流伺服电机12通过执行不同的转速和转角来实现动平台16在空间直角坐标系的x、y、z方向移动。当动平台16移动到被喷涂件5中间位置停下后，串联机构2的第一电机210不动，第二电机211和第三电机212转动。第二电机211驱动中臂25转动到与第一电机210轴线所夹某一固定角度，第三电机212驱动下臂26摆动到与中臂所夹某一固定角度，使得喷枪29斜朝下对着被喷涂件5的内侧面，开始喷涂。同时并联机构1无需移动，串联机构2的第一电机210持续转动，而第二电机211和第三电机212不动，使得喷枪29绕被喷涂件5的内侧面均匀转一圈，完成内侧面的喷涂。外侧面的喷涂过程与内侧面相似。

实施例3

参见图8，本发明可用于某些复杂零件上底面的喷涂作业。

与箱体类零件侧面喷涂作业不同的是，喷涂复杂零件上底面，喷枪需要斜向上与被喷涂件5的上底面形成一定的夹角，且喷涂机构需要持续调整末端喷枪29的位姿，以适应被喷涂件5表面的形状和相对位置的变化，使得喷涂更加均匀。其余喷涂过程与实施列2相似，不过多赘述。

Claims (3)

1.一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，包括喷涂机构、传送带机构（3）、机架（4）和喷枪（29）；喷涂机构包括并联机构（1）和串联机构（2）；所述并联机构（1）包括定平台（11）、动平台（16）和三副结构相同的连杆机构，三副连杆机构呈并联状连接在定平台（11）和动平台（16）之间；并联机构（1）通过定平台（11）固定设于机架（4）内顶部；所述传送带机构（3）固定设于机架（4）内底部；其特征在于：

所述并联机构（1）的动平台（16）连接着串联机构（2）；

所述串联机构（2）包括连接传动机构、第一电机（210）、第二电机（211）和第三电机（212）；所述连接传动机构包括旋转底盘（23）、中臂（25）和下臂（26），所述中臂（25）分别连接着旋转底盘（23）和下臂（26）；第一电机（210）设于并联机构（1）的动平台（16）上，其输出轴与旋转底盘（23）固定连接，第二电机（211）设于下臂（26）的上部，第三电机（212）设于中臂（25）上，所述喷枪（29）设于下臂（26）的下端；

所述中臂（25）为水平状的短板，一侧固定连接着旋转底盘（23）的下部，第一电机（210）设于旋转底盘（23）的上部，第三电机（212）穿过旋转底盘（23）的下部固定连接着中臂（25）；中臂（25）另一侧活动连接着下臂（26）的上端，第二电机（211）固定设于下臂（26）的上部；第一电机（210）通过旋转底盘（23）带动串联机构（2）实现整体转动，第二电机（211）带动中臂（25）实现绕旋转底盘（23）转动，第三电机（212）带动中臂（25）实现绕下臂（26）转动；

所述旋转底盘（23）包括水平状的短管，短管的一端通过套管固定连接着中臂（25）的一侧，第三电机（212）位于短管内，第三电机（212）的输出轴通过键配合固定连接着中臂（25）的一侧；短管的外圆周上固定有连接法兰盘，第一电机（210）通过套管状的连接件（22）和连接法兰盘固定设于短管上，且第一电机（210）的输出轴线和短管的轴线之间的夹角为90度；所述下臂（26）为L形臂，短臂为管状，第二电机（211）设于短臂内，长臂为条板状，长臂的上端连接着短臂的一端，长臂的下端一侧通过喷枪座（28）固定连接着喷枪（29）；喷枪（29）通过并联机构（1）实现三个方向移动、通过串联机构（2）实现三个方向转动；工作时，由传送带机构（3）快速输送工件，通过喷枪（29）实现对不同规格的各类工件进行多角度多方位喷涂。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，其特征在于：与长臂连接处对应短臂的管口为椭圆管口。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，其特征在于：所述传送带机构（3）为小型带式传送带机构。

Images