CN111360793B - 一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法，所述柔索驱动混联喷涂机器人机构，由静平台框架、柔索导向滑轮组系、传动柔索、动平台、驱动机构等部分组成。动平台壳体由8根柔索并联连接并驱动，实现其三个平动自由度；喷枪通过十字万向节与动平台壳体串联连接，并由4根柔索并联驱动，实现其两个转动自由度。有益的技术效果：本发明所述的柔索驱动混联喷涂机器人机构，采用柔索分别来并联控制末端喷枪的三个平动与两个转动自由度，具有运动惯量小，动作灵活等特点；驱动电器部分集中安置在静平台框架的底层与喷涂作业空间隔离开，易于实现防爆。

Description

一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法。

背景技术

表面喷涂是生产制造中非常重要的一部分，现代生活几乎所有的机电产品、电子产品、家具等，在其生产制造过程中，都涉及到表面喷涂处理。传统的表面喷涂技术以手工方式为主，在产品表面进行喷涂工序的过程中，油漆涂料所挥发出大量的胺、醛、苯等有害物质严重污染了工作环境，对工人的身体健康与劳动情绪产生极大负面影响，继而影响喷涂质量、喷涂效率及涂料利用率。喷涂机器人的相继出现将劳动者从有害的工作环境中解放了出来，并且大幅的提高了生产效率，降低了生产成本。

目前的喷涂机器人多为串联机器人，串联机械臂的研究较为成熟，具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间开阔等优点，但就一般的串联机械臂而言，其刚性机械悬臂串联的结构使其整体刚度较差，具有累积误差，运动惯性大等缺点。在面对一般要求的喷涂领域，串联机器人能够满足需求；而在面向于精细化喷涂领域，串联机械臂需要从减速器、精密传动、闭环控制等软硬件方面降低机械臂末端的累积误差，提高其精度。串联机器人工作空间比较开阔，但其工作空间的大小受限于机械臂的臂展长度的大小，当传统串联机械臂在面对较大工作空间喷涂时，若增加机械臂的臂长，则不仅会降低整体的刚度，增大末端位姿的累积误差和机械臂的重量，还会需要更大的驱动，从而增加了成本。而柔索驱动并联机器人机构通过并联柔索共同对末端执行器进行直接控制，驱动装置可置于静平台上，使运动部分的重量减轻，具有无累积误差，动态响应好，刚度高，易于重构，工作空间大等优点。

柔索驱动并联机构，由于绳索与动静平台的连接处没有铰链转角的限制以及柔索便于伸长和收短的特性,其工作空间得到显著增加。在专利CN109395938A-一种柔索并联驱动的喷涂机器人机构的设计中，采用8根柔索并联驱动末端执行器的运动，其中8根柔索需要8台电机驱动同时调整支承柔索滑轮位置的8套滚珠丝杠副又需要8台电机驱动。由于滚珠丝杠越长其刚性越差，就比较限制此机构下的工作空间。在专利CN106078800B-一种七自由度索杆复合驱动的混联机械臂及其搬运方法中，主体机械臂结构为串联，关节部分采用柔索串、并联驱动，仍然存在负载能力较小、动态特性较差、稳定性较差的不足。

目前柔索驱动并联机构在对末端执行器的平动加转动的复合运动的控制上很依赖于柔性绳索数目的多少、每根柔性绳索与动平台的连接点位置，每根柔性绳索与静平台的连接点位置。本发明设计的混联柔索驱动机构：动平台壳体与末端搭载架串联连接，分别通过并联柔索驱动进而控制动平台壳体的3个平动自由度与末端相对于动平台壳体的2个转动自由度，使得末端喷枪更加灵活，能实现各种复杂的运动姿态，同时避免了末端串联部分质量过重，且具有动态特性好、结构简单、载重比大、工作空间大等优势。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，包括有：

静平台框架，包括有上下两个立体空间；

工件传送机构，安装在所述静平台框架的上面立体空间的底部；

驱动机构，安装在所述静平台框架的下面立体空间的底部；

动平台，在所述静平台框架的上面立体空间内运动，在动平台上安装有喷枪；

传动柔索，一端连接动平台，另一端连接驱动机构；

柔索导向滑轮组系，依附安装在整个静平台框架上，实现对所述传动柔索的导向；

所述驱动机构驱动传动柔索控制动平台的3个平动自由度和喷枪相对于动平台的2个转动自由度，实现对所述工件传送机构上的工件进行喷涂。

静平台框架包括有上矩形框、下矩形框、框架底座、竖直框边、侧挡板和底挡板，4个竖直边框将上矩形边框、下矩形边框和框架底座连接，构成上下两个立体空间，其中上立体空间将为动平台的运动空间，下立体空间安置所述驱动机构；在下立体空间的四个侧面分别安装侧挡板，在下矩形框的上面安装底挡板，所述柔索导向滑轮组系共四套在静平台框架上呈圆周分布，用于实现对传动柔索的导向；工件传送机构从上立体空间的靠下位置穿过，并与下矩形框连接，实现工件的自动定位。

所述的柔索导向滑轮组系包括第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮、双导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、第二下牵引导向滑轮、第三下牵引导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮和第三转动牵引导向滑轮；

其中，所述的第一上牵引导向滑轮安装在上矩形框的一个角上，其几何圆心落在所在竖直框边的轴线上，上牵引导向滑轮在90度圆弧滑轨上自由滑动；第二上牵引导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮绕其所在竖直框边轴线顺时针方向的上矩形框的横梁上，且第二上牵引导向滑轮滑道的圆与第一上牵引导向滑轮滑道的中截面始终保持相切；第三上牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮右侧面的竖直框边上，保持第三上牵引导向滑轮的对称面过竖直框边的中轴线，并且第三上牵引导向滑轮的滑道圆与第二上牵引导向滑轮滑道的中截面相切；第四上牵引导向滑轮安装位置在第三上牵引导向滑轮的正下方，且滑轮方向与第三上牵引导向滑轮的滑轮方向正交，第四上牵引导向滑轮的滑道圆与框架底座的中截面相切；第五上牵引导向滑轮安装在与第四上牵引导向滑轮的同一平面内的同一水平高度的框架底座的侧面，并且与第四上牵引导向滑轮的滑道中截面重合；第六上牵引导向滑轮安装在第五上牵引导向滑轮所在横梁的上面，并且第六上牵引导向滑轮的滑道中截面与第五上牵引导向滑轮的滑道圆右侧相切；

所述的双导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮正下方的下矩形框上，双导向滑轮的同轴的两个滑轮之间相向转动，双导向滑轮以所在竖直框边的最里侧棱线为转动轴线，在弧形导轨上滑动；

第一下牵引导向滑轮安装在竖直框边上，位于静平台框架的上面立体空间内部，滑轮的对称面与竖直框边的对角面重合；第二下牵引导向滑轮安装在下矩形框上较第一下牵引导向滑轮左边的内侧，滑轮滑道的中截面平行于其所在的面；第三下牵引导向滑轮安装在第二下牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；

第一转动牵引导向滑轮安装在第一下牵引导向滑轮的正下方，第二转动牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮对应下方下矩形边框的横梁的内侧面上，滑轮滑道中截面与其安装面平行；第三转动牵引导向滑轮安装在第二转动牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；

由上述结构实现的柔索导向滑轮组系，保证了各个滑轮之间，上牵引柔索、下牵引柔索和转动牵引柔索之间以及各个上牵引柔索之间、各个下牵引柔索之间、各个转动柔索之间在工作过程中互不干涉。

所述的第一上牵引导向滑轮包括滑轮、深沟球轴承、轴肩螺钉、定位挡圈、六角螺母、滑轮支架、滑块、圆弧导轨、90°圆弧导轨底板、支架螺钉、导轨安装螺钉和导轨底板安装螺栓；

其中，深沟球轴承与滑轮内孔过盈配合，并在滑轮的厚度方向上居中；轴肩螺钉依次穿过滑轮支架的侧板、定位挡圈、深沟球轴承、滑轮支架的另一侧板，最后由六角螺母紧固；滑轮支架底板通过支架螺钉与滑块紧固；圆弧轨道与圆弧轨道底板通过轨道安装螺钉连接；弧形导轨底板的两端分别与上矩形框的相邻两横梁连接安装，并以竖直边框的中心线过弧形导轨的几何圆心。实现了第一上牵引带向滑轮可以在上牵引柔索的不同状态下改变滑轮与上矩形框架横梁的夹角，保证柔索始终对滑轮是正向压力，避免脱轨情况。

所述的驱动机构包括四个上牵引驱动机构、四个下牵引驱动机构和四个转动牵引驱动机构；其中上牵引驱动机构的回转轴与第六上牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上；下牵引驱动机构的回转轴与第三下牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上；转动牵引驱动机构的回转轴与第三转动牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上。

其余滑轮组的组成及安装定位方式与第一上牵引导向滑轮相似。

所述的上牵引驱动机构包括伺服电机、减速器、电机支架、联轴器、长轴法兰盘、法兰盘、柔索滚筒、滚筒支承侧板、滚筒支承底板、柔索紧定盘头螺钉和轴承；

其中，伺服电机通过螺栓连接安装在减速器的一端；减速器安装在电机支架上，柔索滚筒带有凹槽，柔索紧定盘头螺钉用于将传动柔索一端与滚筒紧固；柔索滚筒一侧安装法兰盘，另一侧安装长轴法兰盘；法兰盘、长轴法兰盘分别通过轴承与滚筒支承侧板连接；滚筒支承侧板通过螺栓连接安装在滚筒支承底板上，长轴法兰盘的轴与减速器的输出轴通过联轴器联接，电机支架和滚筒支承底板分别通过螺栓紧定在框架底座上。

下牵引驱动机构、转动牵引驱动机构与上牵引驱动机构结构相同，不再做赘述。

所述的工件传送机构为链条式传送带机构，横跨静平台框架的内部，作为放置工件的支承台，传送带机构主体与下矩形框通过螺栓定位。

所述的动平台包括壳体、动平台滑轮组、万向节内圈架、内圈轴承、万向节外圈、外圈轴承、外圈轴承座、喷枪和吊耳；

其中，壳体为五面围成的空腔，底面对中开有大圆孔、四角分别也开有小孔；在壳体内底面的四角分别安装动平台滑轮组；在壳体的8个角上安装有吊耳，万向节内圈架的下方安装有喷枪，其两端的轴通过内圈轴承与万向节外圈的两端内孔配合；万向节外圈的两端轴通过外圈轴承与外圈轴承座配合；外圈轴承座安装在壳体的底面上；

上述结构实现了万向节内圈相对于壳体绕x、y轴转动的两个自由度，壳体上下四个角分别通过吊耳连接上牵引柔索、下牵引柔索，转动牵引柔索从下方穿过底板上的小孔、绕过动平台滑轮组与万向节内圈上方的四个拉环连接。

所述的传动柔索包括上牵引柔索、下牵引柔索和转向牵引柔索；

其中，上牵引柔索从动平台壳体上方四角的吊耳开始，倾斜向上经过第一上牵引导向滑轮改变方向至倾斜向下，经过第二上牵引导向滑轮来到第三上牵引导向滑轮上，经过滑轮沿着竖直框边竖直向下，经过第四上牵引导向滑轮改变九十度方向沿着框架底座外侧，经过第五上牵引导向滑轮改变方向竖直向上，经过第六上牵引导向滑轮改变方向倾斜向前至上牵引驱动机构；

下牵引柔索从动平台壳体的下方四角的吊耳开始，倾斜向下，经过双导向滑轮的下牵引导向滑轮后沿着竖直框边向上，经过第一下牵引导向滑轮改变方向沿竖直框边向下，经过第二下牵引导向滑轮微调方向，经过第三下牵引导向滑轮后，柔索沿所在横梁至下牵引驱动机构；

转动牵引柔索从动平台的万向节内圈架的拉环开始，绕过动平台滑轮组沿着倾斜向下的方向经过双导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮，再经过第三转动牵引导向滑轮，至转动驱动驱动机构。

一种柔索驱动混联喷涂机器人机构的操作方法，包括有以下步骤：

由上料设备将工件放置到所述的工件传送机构上；

工件传送机构将工件送至指定喷涂作业点，停滞，实现工件的定位；

上牵引驱动柔索与下牵引驱动柔索并联控制动平台的3个平动自由度，转向牵引柔索驱动与动平台串联的末端喷枪，控制其相对于动平台的2个转动自由度实现末端喷枪的运动进行喷涂作业；

末端喷枪完成喷涂作业后，传送机构启动，将已加工工件传送出喷涂区域；

由搬运设备将已加工工件搬运至下一工序区域。

本发明所设计的柔索驱动混联喷涂机器人机构，静平台分为上下两个立体空间，其中上立体空间为动平台的可达空间包含了喷枪的工作空间，下立体空间有序的集中安装驱动装置，如此将易于实现避免驱动线路产生的电火花引燃喷枪工作空间的可燃气体而发生爆炸的可能；传动柔索通过依附静平台框架上的导向滑轮牵引动平台壳体，4根上牵引柔索将动平台壳体向上拉，4根下牵引柔索将动平台的壳体向上拉，实现了并联控制动平台壳体的平动；末端喷枪通过万向节外圈、万向节内圈架串联在动平台壳体上，4根转动柔索牵引搭载喷枪的万向节内圈架，实现喷枪与动平台壳体串联的两个转动自由度；当动平台在上立体空间内位置变化时，第一上牵引导向滑轮和导向双滑轮会随着柔索与框架夹角的变化而改变位置，从而保持柔索始终正向作用于滑轮的滑道上。

本发明的优点是：

1、采用柔索驱动机构控制喷枪的运动，其运动惯量小、动态特性好、工作空间大、喷涂高速化、结构简单、维护与修理方便；

2、设计的结构保留了传动并联机构运动平稳、动态特性好的特点，串联机构的加入使得末端姿态变换更加灵活，同时也避免了传统串联机械臂惯量大的缺点；

3、两层并联柔索驱动，实现了对喷枪的x、y、z的平动自由度与绕x、y轴的转动自由度独立控制；

4、第一上牵引导向滑轮与双导向滑轮处采用弧形导轨，实现了滑轮支架随柔索的牵引方向改变角度，保证了柔索始终与滑轮滑道正向作用，避免柔索出现脱轨现象；

5、驱动装置集中在静平台的底层空间与喷枪的工作空间隔离开，易于实现防爆功能。

附图说明

图1是本发明的整体机构立体示意图；

图2是图1中的静平台框架的立体示意图；

图3是图1中柔索导向滑轮组的安装位置分布；

图4是图3中的局部视图A；

图5是图3中的局部视图B1（右）、B2（左）；

图6是图3中的局部视图C；

图7是图3中的局部视图D；

图8是图3中第一上牵引导向滑轮的立体示意图；

图9是图3中各不同的滑轮组的滑轮支架的立体示意图；

图10是图1中的驱动机构安装位置的立体示意图；

图11是图10中上牵引驱动机构的立体示意图；

图12是图1中的动平台的立体示意图；

图13是图1中的柔索的立体示意图；

图14是该机器人操作方法的流程图。

具体实施方式

结合图1、2、3、10、11、12和13，一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，由静平台框架1、柔索导向滑轮组系2、驱动机构3、传动柔索4、动平台5和工件传送机构6组成。

其中，静平台框架1由上矩形框1001、下矩形框1002、框架底座1003、竖直框边1004、侧挡板1005和底挡板1006构成。4个竖直边框1004将上矩形边框1001、下矩形边框1002和框架底座1003连接，构成上下两个立体空间，其中上立体空间将为动平台5的运动空间，下立体空间将集中安置驱动机构3；在下立体空间的四个侧面分别安装侧挡板1005，在下矩形框1002的上面安装底挡板1006。在整个静平台框架上依附安装着柔索导向滑轮组系2，其中柔索导向滑轮组系2共四套在静平台框架1上呈圆周分布，用于实现对传动柔索4的导向；工件传送机构6从上立体空间的靠下位置穿过，并与下矩形框1002连接，实现工件7的自动定位。

结合图3、4、5、6和7，进一步说，柔索导向滑轮组系2包括第一上牵引导向滑轮2110、第二上牵引导向滑轮2120、第三上牵引导向滑轮2130、第四上牵引导向滑轮2140、第五上牵引导向滑轮2150、第六上牵引导向滑轮2160、双导向滑轮2200、第一下牵引导向滑轮2210、第二下牵引导向滑轮2220、第三下牵引导向滑轮2230、第一转动牵引导向滑轮2310、第二转动牵引导向滑轮2320和第三转动牵引导向滑轮2330。

其中，第一上牵引导向滑轮2110安装在上矩形框1001的一个角上，其几何圆心落在所在竖直框边1004的轴线上，实现上牵引导向滑轮可以在90度圆弧滑轨上自由滑动。第二上牵引导向滑轮2120安装在第一上牵引导向滑轮2110绕其所在竖直框边1004轴线顺时针方向的上矩形框1001的横梁上，且第二上牵引导向滑轮滑道的圆与第一上牵引导向滑轮滑道的中截面始终保持相切。第三上牵引导向滑轮2130安装在第二上牵引导向滑轮2120右侧面的竖直框边上，保持第三上牵引导向滑轮 的对称面过竖直框边的中轴线，并且第三上牵引导向滑轮的滑道圆与第二上牵引导向滑轮滑道的中截面相切。第四上牵引导向滑轮2140安装位置在第三上牵引导向滑轮2130的正下方，但滑轮方向与第三上牵引导向滑轮的滑轮方向正交，第四上牵引导向滑轮的滑道圆与框架底座的中截面相切。第五上牵引导向滑轮2150安装在与第四上牵引导向滑轮2140的同一平面内的同一水平高度的框架底座的侧面，并且第四上牵引导向滑轮、5的滑道中截面重合。第六上牵引导向滑轮2160安装在第五上牵引导向滑轮所在横梁的上面，并且第六上牵引导向滑轮的滑道中截面与第五上牵引导向滑轮的滑道圆右侧相切。

双导向滑轮2200安装在第一上牵引导向滑轮2100正下方的下矩形框1002上，双导向滑轮的同轴的两个滑轮之间可以相向转动，分别用于下牵引柔索与转向柔索的导向，双导向滑轮2200同样可以以所在竖直框边1004的最里侧棱线为转动轴线，在弧形导轨上滑动。

第一下牵引导向滑轮2210安装在竖直框边上，位于上空间内部，滑轮的对称面与竖直框边的对角面重合。第二下牵引导向滑轮2220安装在下矩形框上较第一下牵引导向滑轮2210左边的内侧，滑轮滑道的中截面平行于其所在的面。第三下牵引导向滑轮2230安装在第二下牵引导向滑轮2220所在横梁正下方对应框架底座1003的横梁的内侧。

第一转动牵引导向滑轮2310安装在第一下牵引导向滑轮2110的正下方，且安装形式相同，但前者滑轮轴线距竖直框边1004的棱线的距离较后者远约5mm。第二转动牵引导向滑轮2320安装在第二上牵引导向滑轮2120对应下方下矩形边框1002的横梁的内侧面上，滑轮滑道中截面与其安装面平行。第三转动牵引导向滑轮2330安装在第二转动牵引导向滑轮2320所在横梁正下方对应框架底座1003的横梁的内侧。

由上述结构实现的柔索导向滑轮组系，保证了各个滑轮之间，上牵引柔索、下牵引柔索和转动牵引柔索之间以及各个上牵引柔索之间、各个下牵引柔索之间、各个转动柔索之间在工作过程中互不干涉。

结合图8和图9，进一步说，第一上牵引导向滑轮2110包括滑轮8101、深沟球轴承8102、轴肩螺钉8103、定位挡圈8104、六角螺母8105、滑轮支架8106、滑块8107、圆弧导轨8108、90°圆弧导轨底板8109、支架螺钉8110、导轨安装螺钉8111和导轨底板安装螺栓8112。

其中，深沟球轴承8102与滑轮8101内孔过盈配合，并在滑轮的厚度方向上居中；轴肩螺钉8103依次穿过滑轮支架8106的侧板、定位挡圈8104、深沟球轴承8102、定位挡圈8104、支架8106的另一侧板，最后由六角螺母8105紧固；滑轮支架底板通过支架螺钉8110与滑块8107紧固；圆弧轨道8108与圆弧轨道底板8109通过轨道安装螺钉8111连接。弧形导轨底板8109的两端分别与上矩形框1001的相邻两横梁连接安装，并以竖直导轨1004的中心线过弧形导轨的几何圆心。实现了第一上牵引导向滑轮2110可以在上牵引柔索的不同状态下改变滑轮与上矩形框架横梁的夹角，保证柔索始终对滑轮是正向压力，避免脱轨情况。

其余滑轮组的组成及安装定位方式与第一上牵引导向滑轮2110相似，在此不再一一赘述，但有：

第二上牵引导向滑轮2120包括的滑轮支架一 2121；

第三上牵引导向滑轮2130包括的滑轮支架二 2131；

第四上牵引导向滑轮2140包含的滑轮支架三 2141；

第五上牵引导向滑轮2150与第四上牵引导向滑轮2140相同；

第六上牵引导向滑轮2160包括的滑轮支架四 2151；

双导向滑轮2200包括的滑轮支架五 2201与120°圆弧导轨；

第一下牵引导向滑轮2210包括的滑轮支架六 2211；

第二下牵引导向滑轮2220包括的滑轮支架七 2221；

第三下牵引导向滑轮2230包括的滑轮支架八 2231；

第一转动牵引导向滑轮2310包括的滑轮支架九 2311；

第二转动牵引导向滑轮2320包括的滑轮支架十 2321；

第三转动牵引导向滑轮2330与第三下牵引导向滑轮2230相同。

结合图10，进一步说，驱动机构3包括四个上牵引驱动机构3100、四个下牵引驱动机构3200和四个转动牵引驱动机构3300。其中上牵引驱动机构3100的回转轴与第六上牵引导向滑轮2160的滑轮轴线平行，并安装在框架底座1003上；下牵引驱动机构3200的回转轴与第三下牵引导向滑轮2230的滑轮轴线平行，并安装在框架底座1003上；转动牵引驱动机构3300的回转轴与第三转动牵引导向滑轮2330的滑轮轴线平行，并安装在框架底座1003上。

结合图11，进一步说，上牵引驱动机构3100包括伺服电机3101、减速器3102、电机支架3103、联轴器3104、长轴法兰盘3105、法兰盘3106、柔索滚筒3107、滚筒支承侧板3108、滚筒支承底板3109、柔索紧定盘头螺钉3110和轴承3111。

其中，伺服电机3101通过螺栓连接安装在减速器3102的一端；减速器3102安装在电机支架3103上。柔索滚筒3107带有凹槽，柔索紧定盘头螺钉3110用于将柔索4一端与滚筒3107紧固；柔索滚筒3107一侧安装法兰盘3106，另一侧安装长轴法兰盘3105；法兰盘、长轴法兰盘分别通过轴承3111与滚筒支承侧板3108连接；滚筒支承侧板3108通过螺栓连接安装在滚筒支承底板3109上。长轴法兰盘3105的轴与减速器3102的输出轴通过联轴器3104联接。电机支架3103和滚筒支承底板3109分别通过螺栓紧定在框架底座1003上。

下牵引驱动机构3200、转动牵引驱动机构3300与上牵引驱动机构3100结构相同，不再赘述。

结合图1，进一步说，工件传送机构6为链条式传送带机构，横跨静平台框架1的内部，作为放置工件的支承台，传送带机构主体与下矩形框1002通过螺栓定位，易于实现了喷涂工作过程中工件的定位。

结合图12，进一步说，动平台5包括壳体5001、动平台滑轮组5002、万向节内圈架5003、内圈轴承5004、万向节外圈5005、外圈轴承5006、外圈轴承座5007、喷枪5008和吊耳5009。

其中，壳体5001为五面围成的空腔，底面对中开有大圆孔、四角分别也开有小孔；在壳体内底面的四角分别安装动平台滑轮组5002；在壳体的8个角上安装有吊耳5009，用于传动柔索4的连接。万向节内圈架5003的下方用于安装喷枪5008，其两端的轴通过内圈轴承5004与万向节外圈5005的两端内孔配合；万向节外圈5005的两端轴通过外圈轴承5006与外圈轴承座5007配合；外圈轴承座5007安装在壳体5001的底面上。

上述结构实现了万向节内圈相对于壳体绕x、y轴转动的两个自由度，壳体上下四个角分别通过吊耳5009连接上牵引柔索、下牵引柔索，转动牵引柔索从下方穿过底板上的小孔、绕过动平台滑轮组与万向节内圈上方的四个拉环连接。

结合图3、4、5、6、7和13，进一步说，传动柔索4包括上牵引柔索4001、下牵引柔索4002和转向牵引柔索4003。

其中，上牵引柔索4001从动平台壳体上方四角的吊耳5009开始，倾斜向上经过第一上牵引导向滑轮2110改变方向至倾斜向下，经过第二上牵引导向滑轮2120来到第三上牵引导向滑轮2130上，经过滑轮3沿着竖直框边竖直向下，经过第四上牵引导向滑轮2140改变九十度方向沿着框架底座外侧，经过第五上牵引导向滑轮2150改变方向竖直向上，经过第六上牵引导向滑轮2160改变方向倾斜向前至上牵引驱动机构3100。

下牵引柔索4002从动平台壳体的下方四角的吊耳5009开始，倾斜向下，经过双导向滑轮2200的下牵引导向滑轮后沿着竖直框边向上，经过第一下牵引导向滑轮2210改变方向沿竖直框边向下，经过第二下牵引导向滑轮2220微调方向，经过第三下牵引导向滑轮2230后，柔索沿所在横梁至下牵引驱动机构3200。

转动牵引柔索4003从动平台的万向节内圈架5003的拉环开始，绕过动平台滑轮组5020沿着倾斜向下的方向经过双导向滑轮2200、第一转动牵引导向滑轮2310、第二转动牵引导向滑轮2320，再经过第三转动牵引导向滑轮2330，至转动驱动驱动机构3300。

结合图1至14，对本发明所设计的柔索驱动混联喷涂机器人机构的实施方法进行说明，

由上料设备将工件放置到传送机构上；

传送机构将工件送至指定喷涂作业点，停滞，实现工件的定位；

上牵引驱动柔索与下牵引驱动柔索并联控制动平台的3个平动自由度，转向牵引柔索驱动与动平台串联的末端喷枪，控制其相对于动平台的2个转动自由度实现末端喷枪的灵活高速运动（图1中锥形为喷涂雾化区域）进行喷涂作业；

末端喷枪完成喷涂作业后，传送机构启动，将已加工工件传送出喷涂区域；

由搬运设备将已加工工件搬运至下一工序区域。

Claims (10)

1.一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：包括有：

静平台框架，包括有上下两个立体空间；

工件传送机构，安装在所述静平台框架的上立体空间的底部；

驱动机构，安装在所述静平台框架的下立体空间的底部；

动平台，在所述静平台框架的上面立体空间内运动，在动平台上安装有喷枪；

传动柔索，一端连接动平台，另一端连接驱动机构；

柔索导向滑轮组系，安装在整个静平台框架上，实现对所述传动柔索的导向；

所述驱动机构驱动传动柔索控制动平台的3个平动自由度和喷枪相对于动平台的2个转动自由度，实现对所述工件传送机构上的工件进行喷涂。

2.根据权利要求1所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：静平台框架包括有上矩形框、下矩形框、框架底座、竖直框边、侧挡板和底挡板，4个竖直边框将上矩形边框、下矩形边框和框架底座连接，构成上下两个立体空间，其中上立体空间将为动平台的运动空间，下立体空间安置所述驱动机构；在下立体空间的四个侧面分别安装侧挡板，在下矩形框的上面安装底挡板，所述柔索导向滑轮组系共四套在静平台框架上呈圆周分布，用于实现对传动柔索的导向；工件传送机构从上立体空间的靠下位置穿过，并与下矩形框连接，实现工件的自动定位。

3.根据权利要求2所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的柔索导向滑轮组系包括第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮、双导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、第二下牵引导向滑轮、第三下牵引导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮和第三转动牵引导向滑轮；

其中，所述的第一上牵引导向滑轮安装在上矩形框的一个角上，其几何圆心落在所在竖直框边的轴线上，上牵引导向滑轮在90度圆弧滑轨上自由滑动；第二上牵引导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮绕其所在竖直框边轴线顺时针方向的上矩形框的横梁上，且第二上牵引导向滑轮滑道的圆与第一上牵引导向滑轮滑道的中截面始终保持相切；第三上牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮右侧面的竖直框边上，保持第三上牵引导向滑轮的对称面过竖直框边的中轴线，并且第三上牵引导向滑轮的滑道圆与第二上牵引导向滑轮滑道的中截面相切；第四上牵引导向滑轮安装位置在第三上牵引导向滑轮的正下方，且滑轮方向与第三上牵引导向滑轮的滑轮方向正交，第四上牵引导向滑轮的滑道圆与框架底座的中截面相切；第五上牵引导向滑轮安装在与第四上牵引导向滑轮的同一平面内的同一水平高度的框架底座的侧面，并且与第四上牵引导向滑轮的滑道中截面重合；第六上牵引导向滑轮安装在第五上牵引导向滑轮所在横梁的上面，并且第六上牵引导向滑轮的滑道中截面与第五上牵引导向滑轮的滑道圆右侧相切；

所述的双导向滑轮安装在第一上牵引导向滑轮正下方的下矩形框上，双导向滑轮的同轴的两个滑轮之间能够相向转动，双导向滑轮以所在竖直框边的最里侧棱线为转动轴线，在弧形导轨上滑动；

第一下牵引导向滑轮安装在竖直框边上，位于静平台框架的上面立体空间内部，滑轮的对称面与竖直框边的对角面重合；第二下牵引导向滑轮安装在下矩形框上较第一下牵引导向滑轮左边的内侧，滑轮滑道的中截面平行于其所在的面；第三下牵引导向滑轮安装在第二下牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧；

第一转动牵引导向滑轮安装在第一下牵引导向滑轮的正下方，第二转动牵引导向滑轮安装在第二上牵引导向滑轮对应下方下矩形边框的横梁的内侧面上，滑轮滑道中截面与其安装面平行；第三转动牵引导向滑轮安装在第二转动牵引导向滑轮所在横梁正下方对应框架底座的横梁的内侧。

4.根据权利要求3所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的第一上牵引导向滑轮包括滑轮、深沟球轴承、轴肩螺钉、定位挡圈、六角螺母、滑轮支架、滑块、圆弧导轨、90°圆弧导轨底板、支架螺钉、导轨安装螺钉和导轨底板安装螺栓；

其中，深沟球轴承与滑轮内孔过盈配合，并在滑轮的厚度方向上居中；轴肩螺钉依次穿过滑轮支架的侧板、定位挡圈、深沟球轴承、滑轮支架的另一侧板，最后由六角螺母紧固；滑轮支架底板通过支架螺钉与滑块紧固；圆弧轨道与圆弧轨道底板通过轨道安装螺钉连接；弧形导轨底板的两端分别与上矩形框的相邻两横梁连接安装，并以竖直边框的中心线过弧形导轨的几何圆心。

5.根据权利要求3所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的驱动机构包括四个上牵引驱动机构、四个下牵引驱动机构和四个转动牵引驱动机构；其中上牵引驱动机构的回转轴与第六上牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上；下牵引驱动机构的回转轴与第三下牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上；转动牵引驱动机构的回转轴与第三转动牵引导向滑轮的滑轮轴线平行，并安装在框架底座上。

6.根据权利要求5所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的上牵引驱动机构包括伺服电机、减速器、电机支架、联轴器、长轴法兰盘、法兰盘、柔索滚筒、滚筒支承侧板、滚筒支承底板、柔索紧定盘头螺钉和轴承；

其中，伺服电机通过螺栓连接安装在减速器的一端；减速器安装在电机支架上，柔索滚筒带有凹槽，柔索紧定盘头螺钉用于将传动柔索一端与滚筒紧固；柔索滚筒一侧安装法兰盘，另一侧安装长轴法兰盘；法兰盘、长轴法兰盘分别通过轴承与滚筒支承侧板连接；滚筒支承侧板通过螺栓连接安装在滚筒支承底板上，长轴法兰盘的轴与减速器的输出轴通过联轴器联接，电机支架和滚筒支承底板分别通过螺栓紧定在框架底座上。

7.根据权利要求1所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的工件传送机构为链条式传送带机构，横跨静平台框架的内部，作为放置工件的支承台，传送带机构主体与下矩形框通过螺栓定位。

8.根据权利要求5所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的动平台包括壳体、动平台滑轮组、万向节内圈架、内圈轴承、万向节外圈、外圈轴承、外圈轴承座、喷枪和吊耳；

其中，壳体为五面围成的空腔，底面对中开有大圆孔、四角分别也开有小孔；在壳体内底面的四角分别安装动平台滑轮组；在壳体的8个角上安装有吊耳，万向节内圈架的下方安装有喷枪，其两端的轴通过内圈轴承与万向节外圈的两端内孔配合；万向节外圈的两端轴通过外圈轴承与外圈轴承座配合；外圈轴承座安装在壳体的底面上。

9.根据权利要求8所述的一种柔索驱动混联喷涂机器人机构，其特征在于：所述的传动柔索包括上牵引柔索、下牵引柔索和转向牵引柔索；

其中，上牵引柔索从动平台壳体上方四角的吊耳开始，倾斜向上经过第一上牵引导向滑轮改变方向至倾斜向下，经过第二上牵引导向滑轮来到第三上牵引导向滑轮上，经过滑轮沿着竖直框边竖直向下，经过第四上牵引导向滑轮改变九十度方向沿着框架底座外侧，经过第五上牵引导向滑轮改变方向竖直向上，经过第六上牵引导向滑轮改变方向倾斜向前至上牵引驱动机构；

下牵引柔索从动平台壳体的下方四角的吊耳开始，倾斜向下，经过双导向滑轮的下牵引导向滑轮后沿着竖直框边向上，经过第一下牵引导向滑轮改变方向沿竖直框边向下，经过第二下牵引导向滑轮微调方向，经过第三下牵引导向滑轮后，柔索沿所在横梁至下牵引驱动机构；

转动牵引柔索从动平台的万向节内圈架的拉环开始，绕过动平台滑轮组沿着倾斜向下的方向经过双导向滑轮、第一转动牵引导向滑轮、第二转动牵引导向滑轮，再经过第三转动牵引导向滑轮，至转动驱动驱动机构。

10.一种柔索驱动混联喷涂机器人机构的操作方法，其特征在于：包括有以下步骤：

由上料设备将工件放置到工件传送机构上；

工件传送机构将工件送至指定喷涂作业点，停滞，实现工件的定位；

上牵引驱动柔索与下牵引驱动柔索并联控制动平台的3个平动自由度，转向牵引柔索驱动与动平台串联的末端喷枪，控制其相对于动平台的2个转动自由度实现末端喷枪的运动进行喷涂作业；

末端喷枪完成喷涂作业后，传送机构启动，将已加工工件传送出喷涂区域；

由搬运设备将已加工工件搬运至下一工序区域。

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