CN113304923B - 一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，包括有水平移动平台，水平移动平台的上端面安装有X轴线性驱动机构和Y轴线性驱动机构，Y轴线性驱动机构的下方安装有多个柔索驱动平台，柔索驱动平台的底端分别安装有伸缩机构、喷涂机构，喷涂机构为适应喷涂曲面内壁的调整动作通过多机控制平台驱动，上述X、Y轴线性驱动机构以及可分离式旋转机构带动柔索驱动平台实现空间X、Y、Z坐标轴自由运动，结合喷涂机构自身的沿曲面内壁的调整、喷涂动作，构成了用于曲面内壁类喷涂的柔索驱动混联喷涂机器人的空间运动。本发明可实现了多个喷涂机构协同工作，工作直径可调，由柔索混联驱动实现末端高灵活性和双向拉力伸缩的喷涂机器人。

Description

一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人

技术领域：

本发明涉及机器人领域，主要涉及一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人。

背景技术：

随着喷涂技术的发展，传统手工喷涂容易导致表面喷涂不均匀，涂料利用率低下，而且手工作业的工作效率较低。同时，喷涂作业对人体自身健康以及外界自然环境存在着较大的危害。而喷涂机器人扩大了人可从事的工作范围，它可以代替工人完成高危，高热，高压，严寒等极端恶劣环境中的工作；代替流水线上工人完成日常繁复的工作，提高生产率，提高喷涂质量。

目前，喷涂机器人被逐渐应用于工业中的更多领域，主流的喷涂机器人主要分为串联喷涂机器人和并联喷涂机器人。串并联混合的机器人目前应用不太广泛。

串联机器人的主要优点是工作空间大，末端灵活，被广泛应用于焊接、搬运，装配等领域，但由于串联机器人的驱动装置安装在各个关节上，导致运动惯量比较大，关节误差累积，因而无法实现高速，高精度运动。与串联机器人相比较，并联机器人的主要优点是：无累积误差，精度较高；机构紧凑，刚度高，承载能力大，但由于其闭环结构的原因，并联机构普遍存在结构尺寸偏大而工作空间却很小且关节过多的缺陷。混联机器人则是将串联机器人与并联机器人优缺点互补的一类机器人，具有末端灵活，机构紧凑，稳定性好等优点。

喷涂机器人在串联和并联机构方面虽然已经发展迅速，但一些机器人还是有不足的地方需要解决和改善。CN110743736A的专利公布了一种悬挂式六自由度混联喷涂机器人，该发明专利中的喷涂机构采用并联Delta机构和串联机构混联，串联机构采用电机直接驱动的机械臂结构，与并联机构配合，稳定性难以保证，同时加重了并联机构的下端的重力负担，串联机构旋转伸缩幅度大，难以满足较深管壁类的零件的喷涂加工。公开号为CN111111976A的专利公布了一种面向大型装备表面喷涂的机器人升降云台，该发明专利虽然结构紧凑，运动稳定，升降距离大，但是结构巨大，升降机构重量重，缺乏灵活性，且应多用于大型零部件的喷涂，无法适应更多复杂的小零部件。

发明内容：

本发明目的就是为了解决复杂零件外表面和变直径零件复杂曲面内壁的喷涂问题，提供一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，尤其是一种可实现三个喷涂机构协同工作，工作直径可调，由柔索混联驱动实现末端高灵活性和双向拉力伸缩的喷涂机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，包括有可升降的水平移动平台，所述水平移动平台的上端面安装有相互配合的X轴线性驱动机构和Y轴线性驱动机构，所述Y轴线性驱动机构在X轴线性驱动机构上导向移动，所述Y轴线性驱动机构的下方通过多机控制平台安装有多个柔索驱动平台，多个柔索驱动平台均安装在多机控制平台的底端面，且同步在空间范围内运动，所述Y轴线性驱动机构的中部安装有驱动多机控制平台并带动柔索驱动平台实现Z轴转动自由度的可分离式旋转机构，所述柔索驱动平台的底端分别安装有伸缩机构，所述伸缩机构的底端分别安装有喷涂机构，所述喷涂机构为适应喷涂曲面内壁的调整动作通过多机控制平台上的同步导向移动机构驱动，所述喷涂机构沿曲面内壁的喷涂动作分别通过对应的传动柔索机构驱动，且传动柔索通过伸缩机构进行导向，上述X、Y轴线性驱动机构驱动柔索驱动平台实现X、Y轴的直线自动度运动，以及可分离式旋转机构带动柔索驱动平台实现Z轴转动自由度，从而带动柔索驱动平台实现空间X、Y、Z坐标轴自由运动，结合喷涂机构自身的沿曲面内壁的调整、喷涂动作，构成了用于曲面内壁类喷涂的柔索驱动混联喷涂机器人的空间运动。

所述的水平移动平台包括有安装架，所述安装架包括有矩形框，所述矩形框的底端面四个拐角分别通过矩形柱支撑架设，所述矩形柱的高度可调，其调整通过底端的升降机构驱动，所述升降机构包括有气缸，所述气缸的活塞杆伸出端与矩形柱底端连接，所述矩形框的两侧分别安装有X轴线性驱动机构，所述X轴线性驱动机构之间滑动安装有Y轴线性驱动机构。

所述的X轴线性驱动机构包括有安装在矩形框两侧的滑轨，所述滑轨上分别架设有与其对应的滚珠丝杆，所述滚珠丝杆的转动通过其端部的电机驱动，所述滚珠丝杆上安装有沿其导向移动的滑块。

所述Y轴线性驱动机构包括有两并列设置的Y轴移动导轨，所述Y轴移动导轨的两端分别安装在滑块上，所述Y轴移动导轨上导向安装有Y轴移动架，所述Y轴移动架的移动通过齿轮齿条组件驱动，所述Y轴移动架包括有Y轴移动上板和Y轴移动下板，所述Y轴移动上板和Y轴移动下板之间通过上下连接件连接，所述齿轮齿条组件包括有Y轴移动齿轮和Y轴移动齿条，所述Y轴移动齿条的两端分别安装在Y轴移动导轨内侧的滑块上，所述Y轴移动上板上安装有Y轴驱动电机，所述Y轴驱动电机的输出端安装有Y轴移动齿轮，所述Y轴移动齿轮与Y轴移动齿条啮合传动；

所述的可分离式旋转机构包括有安装在Y轴移动上板上的圆形滑轨，所述圆形滑轨中部位置的Y轴移动上板上转动安装有安装有旋转轴，所述旋转轴的上端部安装有旋转平台，所述旋转平台的下端面安装有间隔圆周分布的滑轮，所述旋转平台上固定安装有大齿轮，所述大齿轮的转动通过其一侧的小齿轮驱动，所述小齿轮安装在旋转平台电机的输出轴端端部，所述旋转轴的底端部安装有用于连接多机控制平台的法兰盘。

所述的多机控制平台包括有多机平台底板，所述多机平台底板上分布有以其中心位置为圆心圆周分布设置的滑槽，所述滑槽上分别安装有同步导向移动机构，所述同步导向移动机构分别包括有与滑槽导向配合的滑块一，所述滑块的上端面带有斜滑槽，所述滑块一的底端穿过滑槽与柔索驱动平台连接，所述滑块一上安装有可其导向配合的滑块二，所述滑块二的的底端面设有与斜滑槽配合的下滑槽，所述滑块二的内端部分别设有齿块；

所述多机平台底板中部通过轴承转动安装有一中心大齿轮，所述轴承内的多机平台底板与可分离式旋转机构的底端部固定连接，所述齿块均与中心大齿轮啮合传动，所述滑块二的移动通过丝杆组件驱动，且丝杆组件安装在其中一滑槽对应的滑块二上，所述丝杆组件包括有丝杆，所述丝杆与导轨垂直，所述滑块二旋合在丝杆上，且丝杆的转动通过其端部的电机驱动，其余滑槽对应的滑块二分别通过多机滑块轴架支撑导向架设。

所述的柔索驱动平台分别包括有柔索驱动平台底板，所述柔索驱动平台底板上盖合有柔索驱动平台顶板，所述柔索驱动平台顶板与多机控制平台连接，所述柔索驱动平台底板上分别安装有两组上牵引驱动机构、一组下牵引驱动机构和柔索导向滑轮组系；所述的上牵引驱动机构和下牵引驱动机构的结构相同，其分别包括有柔索滚筒，所述柔索滚筒通过滚筒支撑侧板安装在柔索驱动平台底板上，所述柔索滚筒的转动通过其端部的伺服电机驱动；所述柔索导向滑轮组系包括有上牵引导向滑轮、下牵引导向滑轮以及导轨导向滑轮，所述上牵引导向滑轮、下牵引导向滑轮均为多个，其相互配合安装在柔索驱动平台底板的上端面以及伸缩机构的牵引传动位置处，所述导轨导向滑轮安装在伸缩机构上端部的中间过渡处，其对应的上牵引导向滑轮之间、下牵引导向滑轮之间分别通过对应的牵引柔索传动连接，其共同组合带动伸缩机构伸缩升降，从而满足喷涂机构实现喷涂运动的需要。

所述的伸缩机构包括有导向伸缩配合的上伸缩杆和下伸缩杆，所述上伸缩杆和下伸缩杆之间通过柔索传动连接，所述上伸缩杆的上端部与柔索驱动平台的底端面固定连接，所述下伸缩杆顶部的安装板上下位置处分别安装有上部吊耳和下部吊耳，所述上部吊耳和下部吊耳上下错位设置配合使用分别用于悬挂牵引柔索的端部，所述上伸缩杆的底端面中部分别开设有用于安装导轨导向滑轮的凹槽；

所述的喷涂机构包括有可弯曲的执行器上手腕和执行器下手腕，所述执行器上手腕和执行器下手腕之间通过手腕连接件铰接连接，且执行器上手腕和执行器下手腕之间还安装有辅助复位的拉伸弹簧，所述执行器上手腕的上端通过末端法兰盘与下伸缩杆的下伸缩杆盖固定连接，所述执行器下手腕的底端安装有喷枪，所述执行器上手腕和执行器下手腕的弯曲通过下牵引驱动机构驱动。

所述的柔索导向滑轮组系包括有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、第七上牵引导向滑轮、第八上牵引导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、左定滑轮、右定滑轮、右动滑轮；所述牵引柔索包括有第一上牵引柔索、第二上牵引柔索、第三上牵引柔索、第四上牵引柔索和第一下牵引柔索；

其一组上牵引驱动机构中的第一上牵引导向滑轮安装在柔索驱动平台的对角方向上，其径向方向与柔索驱动平台底板上第一柔索孔的圆心共线，第二上牵引导向滑轮安装在与第一上牵引导向滑轮径向方向平行，且相互错开的位置，其径向方向与柔索驱动平台底板上第二柔索孔的圆心共线，第五上牵引导向滑轮安装在上伸缩杆的内壁，靠近上伸缩杆口处，其滑槽位置与第二柔索孔的轴心方向相切，第六上牵引导向滑轮安装在上伸缩杆的内壁，位于上伸缩杆尾部与下伸缩杆口部之间，其位置在第五上牵引导向滑轮的正下方；第五上牵引导向滑轮的支架与第六上牵引导向滑轮的支架背向安装，有效实现下伸缩杆移动的限位情况；

所述第一上牵引柔索从下伸缩杆顶端上部的吊耳开始，竖直向上穿过第一柔索孔，经过第一上牵引导向滑轮改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构；第二上牵引柔索从下伸缩杆顶端下部，与上部的吊耳同一侧的吊耳开始，倾斜向下经过第六上牵引导向滑轮改变方向，竖直向上穿过第六柔索孔，穿入第五柔索孔，经过第五上牵引导向滑轮，竖直向上穿过第二柔索孔，倾斜向上经过第二上牵引导向滑轮改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构，第一上牵引柔索和第二上牵引柔索共同连接在第一上牵引驱动机构上，并形成闭环传动；

另一组牵引驱动机构所对应的第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第七上牵引导向滑轮、第八上牵引导向滑轮与上述第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮的安装定位方式相似；第三上牵引柔索、第四上牵引柔索的传动方向与第一上牵引柔索、第二上牵引柔索的传动连接关系相似；

所述的第一下牵引导向滑轮安装在下牵引驱动机构和柔索驱动平台中心孔之间，其轴线方向与第一下牵引驱动机构轴线平行，所述的左定滑轮安装在执行器上手腕底板上，所述的右定滑轮安装在左定滑轮的右上方，右动滑轮安装在执行器下手腕底板上，位于右定滑轮的正下方，右定滑轮与右动滑轮轴心组成的直线与末端手腕连接杆侧面平行；

第一下牵引柔索从执行器上手腕的右定滑轮底部开始，倾斜向下，经过右动滑轮的左侧，改变方向，竖直向上经过右定滑轮，改变方向，倾斜向下经过左定滑轮，改变方向，倾斜向上穿过柔索驱动平台中心孔，经过第一下牵引导向滑轮，改变方向，水平向前至第一下牵引驱动机构；

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、下牵引柔索之间以及各个上牵引柔索之间、各个下牵引柔索之间在工作过程中互不干涉。

上述结构的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其使用过程中的操作方法，包括如下步骤：

(1)将工件放置在喷涂工作区域内；

(2)气缸升降装置对Z轴方向的高度进行调整，X轴线性驱动机构和Y轴线性驱动机构对水平的两平动自由度进行控制，使旋转机构、多机控制平台、喷涂机构移动到合适的位置；

(3)喷涂机器人可满足喷涂多颜色要求，多平面高度要求，多机控制平台根据所需喷涂工件复杂曲面内壁直径，对三个喷涂机构进行位置调整；同时柔索驱动平台通过牵引柔索并联，控制伸缩机构的伸缩，使末端喷头伸缩到指定的位置；柔索驱动平台通过下牵引柔索控制末端喷头上下手腕关节的旋转，使喷头转动到合适的喷涂位置；

(4)喷涂开始工作，可分离式旋转机构开始旋转，三个喷头协同工作，大幅度地提高了效率；随着变直径零件的直径的变化，在喷涂作业过程中，多机控制平台和柔索驱动平台继续工作，不断将喷头的距离、位置和角度调整到需要的幅度；

(5)喷涂作业完成，取出工件，进行下一个工件的喷涂。

本发明的优点是：

1、本发明设计了一种伸缩机构与变直径结合的多机控制平台，此控制平台采用齿轮齿条啮合、螺旋传动作为传动方式，使平台上的三个喷涂机构同时沿着滑轨滑动，实现伸缩机构工作直径的精确调整，同时也满足喷涂的多色彩，不同平面高度的要求，对复杂零件外表面和变直径零件复杂曲面内壁都能做到有效的喷涂，大幅提高了喷涂效率。

2、本发明设计了一种柔索与弹簧结合的仿生手腕关节喷涂机构，通过柔索牵引定滑轮和动滑轮，形成一种独特的轻量化张力放大机构，使末端喷头快速转动到喷涂工作位置，同时喷头反向旋转时利用弹簧式连接，提供反推力实现喷头快速旋转，保证了喷枪末端弯曲时的高灵活性和高强度。

3、本发明设计了一种柔索并联驱动的伸缩机构，采用柔索来牵引下伸缩杆的上下吊耳，可产生双向拉力驱动，满足伸缩机构沿着滑轮滑轨进行大跨度上升和下降，具有轻量化，稳定性高，响应快的特点。

4、本发明设计了一种可分离式的旋转机构，采用齿轮啮合传动，圆形滑轨滑轮传动，可实现下平台的整体旋转，具有结构稳定，噪声低，传递效率高，易于安装和拆卸，便于维修的特点。

5、本发明设计了一种高度集中的柔索驱动平台，将末端的柔索驱动机构集成在此平台上，使柔索排布整齐，工作运行有秩序，同时将喷枪的工作空间和驱动机构隔离开，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中水平移动平台的立体示意图；

图3是图1中的水平移动平台除外其余机构的配合的结构示意图；

图4是图3中A处的局部结构示意图；

图5是图4的结构爆炸图；

图6图3中的多机控制平台立体示意图；

图7是图3中的柔索驱动平台的顶板拆状态时的结构示意图；

图8是伸缩机构的传动柔索示意图；

图9是图3中上伸缩杆的俯视立体示意图；

图10是图3中下伸缩杆的立体示意图；

图11是图3中的喷涂机构的立体示意图；

图12是图11的侧视图；

图13是第一牵引导向滑轮的安装结构示意图；

图14是图1中喷涂变直径零件复杂曲面内壁时的局部示意图；

图15是该机器人的控制流程图。

附图标记：

图1：水平移动平台-1、可分离式旋转机构-2、多机控制平台-3、柔索驱动平台-4、伸缩机构-5、喷涂机构-6、传动柔索机构-7；

图2：安装架-11、水平的矩形框-1102、竖直的矩形柱-1101、X轴线性驱动机构-12、电机-1201、联轴器-1202、丝杠安装板-1203、滑轨-1204、滚珠丝杠-1205、滑块-1206、Y轴线性驱动机构-13、Y轴驱动电机-1301、Y轴移动齿轮-1302、Y轴移动上板-1303、Y轴移动齿条-1304、Y轴移动导轨-1305、Y轴移动下板-1306、上下板连接件-1307、气缸升降机构-14、气缸升降杆-1401、气缸-1402；

图4：小齿轮-21、旋转平台电机-22、大齿轮-23、旋转轴-24、滑轮-25、圆形滑轨-26、T形轴套-27、带螺纹的法兰盘-28、工字形法兰盘-29、深沟球轴承-210、键-211；

图6：多机滑轨限位板-31、多机平台底板-32、带斜滑槽的滑块一-33、多机滑块轴架-34、带齿条的滑块二-35、多机滑块轴-36、中心深沟球轴承-37、中心大齿轮-38；

图7：上牵引驱动机构-401、下牵引驱动机构-402、柔索导向滑轮组系-403、第二上牵引驱动机构-404、柔索驱动平台底板-41、底板螺栓-42、伺服电机-43、减速器-44、电机支架-45、联轴器-46、柔索滚筒-47、滚筒支撑侧板-48、滚筒支撑底板-49、第一上牵引导向滑轮-410、第二上牵引导向滑轮-411、第三上牵引导向滑轮-412、第四上牵引导向滑轮-413、第一下牵引导向滑轮-414、柔索驱动平台顶板-415。

图8：第五上牵引导向滑轮-52、第六上牵引导向滑轮-53、上部吊耳-5801、下部吊耳-5804；

图9：上伸缩杆-51、导轨导向滑轮-54、滑轮轴套-55、第八上牵引导向滑轮-56、第七上牵引导向滑轮-57、第五上牵引导向滑轮支架--5201、第六上牵引导向滑轮支架-5301；

图10：下伸缩杆-58、滑轮导轨-5802、下伸缩杆盖-5803；

图11：末端法兰盘-61、执行器上手腕-62、右定滑轮轴-63、右定滑轮-64、左定滑轮-65、左定滑轮轴-66、手腕连接件-67、上手腕连接件轴-68、上手腕连接件轴套-69、拉伸弹簧-610、下手腕连接件轴-611、执行器下手腕-612、右动滑轮-613、喷枪-614、下手腕外壳-615、上手腕外壳-616、第一上牵引柔索-71、第二上牵引柔索-72、第三上牵引柔索-73、第四上牵引柔索-74；

图12：第一下牵引柔索-75；

图13：滑轮-4101、深沟球轴承-4102、轴肩螺钉-4103、定位挡圈-4104、六角螺母-4105、滑轮支架-4106，支架螺钉-4107；

具体实施方式：

下面给出本发明的具体实施方法，并结合附图加以说明。

结合图1、2、3、4、6、7、8、9、10和11，用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，由水平移动平台1、可分离式旋转机构2、多机控制平台3、柔索驱动平台4、伸缩机构5、喷涂机构6、传动柔索机构7组成。

如图1和2所示，水平移动平台1包括安装架11、一对X轴线性驱动机构12、Y轴线性驱动机构13、气缸升降机构14，所述安装架11包括水平的矩形框1102和竖直的矩形柱1101。所述柔索驱动平台3通过法兰盘固定安装在Y轴移动下板1306的下端，使得喷涂机构6实现X、Y轴的平动自由度的运动；

其中，一对X轴线性驱动机构12做同步直线运动，带动包括Y轴线性驱动机构13、可分离式旋转机构2、柔索驱动平台3、伸缩机构4和喷涂机构5整体进行左右位移；Y轴线性驱动机构13带动包括可分离式旋转机构2、柔索驱动平台3、伸缩机构4和喷涂机构5整体进行前后位移；以此相互关联的直线运动构成了可用于管壁类喷涂的柔索驱动混联喷涂机器人的空间运动。

所述每个X轴线性驱动机构12均包括滑轨1204、滚珠丝杠1205和滑块1206；所述滚珠丝杠1205延伸方向和滑轨1204的延伸方向一致，并通过两端的丝杠安装板1203安装在滑轨1204上，且滚珠丝杠1205的一端通过联轴器1202连接由电机1201，所述滑块1206通过丝杠滚轴配合安装在滚珠丝杠1205上，且滑块1206的下端对应着滑轨1204，使得一对滑块1206在对应的滑轨1204上滑动；

结合图2，进一步说，所述的Y轴线性驱动机构13包括Y轴驱动电机1301、Y轴移动齿轮1302、Y轴移动上板1303、Y轴移动齿条1304、Y轴移动导轨1305、Y轴移动下板1306、上下板连接件1307组成；Y轴移动齿轮1302、Y轴移动齿条1304共同构成Y轴线性驱动机构的运动部件。

其中，一对Y轴移动导轨1305、Y轴移动齿条通过固定螺栓安装在两个滑块之间；上下板连接件1307通过固定螺钉连接Y轴移动上板1303和Y轴移动下板1306；Y轴驱动电机1301通过固定螺栓安装在Y轴移动上板1303上，直接驱动Y轴移动齿轮1302沿着Y轴移动齿条1304做往复直线运动；带动与Y轴移动下板1306相连接的可分离式旋转机构2随着Y轴移动齿轮1302一起运动，实现Y轴方向的水平自由度。

结合图2，进一步说，所述的气缸升降机构14包括气缸升降杆1401、气缸1402；气缸1402推动气缸升降杆1401，可以实现大范围的空间升降，以便伸缩机构5进行二次精确升降调整。

结合图3、4和5，进一步说，所述可分离式旋转机构2包括旋转平台电机22、小齿轮21、大齿轮23、键211、旋转轴24、滑轮25、圆形滑轨26、深沟球轴承210、T形轴套27、带螺纹的法兰盘28、工字形法兰盘29。

其中，旋转平台电机22通过固定螺栓连接安装在Y轴移动上板1303上，直接驱动小齿轮21与大齿轮23进行齿轮啮合传动，实现旋转平台电机22的减速，并带动柔索驱动平台3实现Z轴转动自由度；大齿轮23通过轴肩定位，键211连接固定安装在旋转轴24的上部；滑轮25固定安装在旋转轴24轴肩的下面，圆形滑轨26与Y轴移动下板1306通过安装螺钉连接；实现四个滑轮25在圆形滑轨26上进行旋转滑动；深沟球轴承210内圈与旋转轴24过盈配合，并通过T形轴套27和旋转轴24的轴肩进行两端定位，深沟球轴承外圈与Y轴移动下板过盈配合；旋转轴24末端与带螺纹法兰盘28通过螺纹连接，工字形法兰盘29上端与带螺纹法兰盘28通过轴肩螺栓连接，最后由六角螺母紧固，工字形法兰盘29下端与柔索驱动平台顶板415通过轴肩螺栓连接，最后由六角螺母紧固。

结合图6，进一步说，所述多机控制平台3包括多机平台底板32、多机滑轨限位板31、带斜滑槽的滑块一33、带齿条的滑块二35、中心大齿轮38、中心深沟球轴承37、多机滑块轴架34、多机滑块轴36。其中，带斜滑槽的滑块一33焊接在柔索驱动平台的顶板415上，与多机平台底板32的滑轨相配合；多机滑轨限位板31通过螺栓连接安装在多机平台底板32的滑轨末端，实现下端喷涂机构的限位；多机控制平台3上的伺服电机驱动滚珠丝杠运动，使带齿条的滑块二35往返滑动，提供多机控制平台3的动力，通过斜滑槽将水平方向的运动传递到竖直方向上，实现控制平台控制一个喷涂机构6沿滑轨运动；中心大齿轮38与中心深沟球轴承37配合，安装在多机平台底板32的轴上，同时与三个带齿条的滑块二35相互啮合传动，将动力通过中心大齿轮38传递给另外两个带齿条的滑块二35；多机滑块轴36与左右两个多机滑块轴架34连接，安装在多机平台底板32上，同时与带齿条的滑块二35配合相互滑动，实现对多机控制平台3上三个喷涂机构的协同控制。

结合图7，进一步说，柔索驱动平台4包括两个上牵引驱动机构401、一个下牵引驱动机构402、柔索导向滑轮组系403、柔索驱动平台底板41和柔索驱动平台顶板415。其中，所述的第一上牵引驱动机构401包括伺服电机43、减速器44、电机支架45、联轴器46、柔索滚筒47、滚筒支撑侧板48、滚筒支撑底板49。

其中，伺服电机43通过螺栓连接安装在减速器44的一端；减速器44安装在电机支架45上，柔索滚筒47一侧通过轴承与滚筒支撑侧板48连接，另一侧通过轴承与与滚筒支撑底板49、联轴器46连接；滚筒支撑侧板48通过螺栓连接安装在滚筒支撑底板49上，电机支架45与滚筒支撑底板49分别通过螺栓紧定在柔索驱动平台底板41上。

第二上牵引驱动机构404、第一下牵引驱动机构402的组成和安装定位方式与第一上牵引驱动机构401相似，不再做赘述。

结合图7、8、9和11，柔索导向滑轮组系403包括第一上牵引导向滑轮410、第二上牵引导向滑轮411、第三上牵引导向滑轮412、第四上牵引导向滑轮413、第五上牵引导向滑轮52、第六上牵引导向滑轮53、第七上牵引导向滑轮57、第八上牵引导向滑轮56、第一下牵引导向滑轮414、左定滑轮65、右定滑轮64、右动滑轮613；

其中，第一上牵引导向滑轮410安装在柔索驱动平台4的对角方向上，其径向方向与第一上牵引导向滑轮410正对的第一柔索孔的圆心共线，第二上牵引导向滑轮411安装在与第一上牵引导向滑轮410径向方向平行，且相互错开的位置，其径向方向与第二上牵引导向滑轮411正对的第二柔索孔的圆心共线，第五上牵引导向滑轮52安装在上伸缩杆的内壁，，靠近上伸缩杆51口处，其滑道圆与第二上牵引导向滑轮411正对的第二柔索孔的轴心方向相切，第六上牵引导向滑轮53安装在上伸缩杆51的内壁，位于上伸缩杆51尾部与下伸缩杆58口部之间，其位置在第五上牵引导向滑轮52的正下方；第五上牵引导向滑轮支架5201与第六上牵引导向滑轮支架5301背向安装，有效实现下伸缩杆移动的限位情况。

进一步说，第一下牵引导向滑轮414安装在第一下牵引驱动机构402和柔索驱动平台4中心孔之间，其轴线方向与第一下牵引驱动机构402轴线平行，左定滑轮65安装在上手腕底板62上，其滑轮65的滑道圆右侧与工形法兰盘61竖直中心孔的轴线相切，右定滑轮64安装在左定滑轮65的右上方，右动滑轮613安装在下手腕底板612上，位于右定滑轮64的正下方，右定滑轮64与右动滑轮613轴心组成的直线与末端手腕62连接杆侧面平行。

第三上牵引导向滑轮412、第四上牵引导向滑轮413、第七上牵引导向滑轮57、第八上牵引导向滑轮56与第一上牵引导向滑轮410的安装定位方式相似。

结合图13，进一步说，第一上牵引导向滑轮410包括滑轮4101、深沟球轴承4102、轴肩螺钉4103、定位挡圈4104、六角螺母4105、滑轮支架4106，支架螺钉4107。其中，深沟球轴承4102与滑轮4101内孔过盈配合，并在滑轮4101的厚度方向上居中；轴肩螺栓4103依次穿过滑轮支架4106的侧板、定位挡圈4104、深沟球轴承4102、滑轮4101、滑轮支架4106的底板，最后由六角螺母4105紧固；滑轮支架4106底板通过支架螺钉4107与柔索驱动平台底板41紧固，保证了柔索始终对滑轮是正向压力，避免脱轨情况。

其余滑轮组的组成方式与第一上牵引导向滑轮410相似，在此不再一一赘述。

结合图8、9和10，进一步说，伸缩机构5包括上伸缩杆51、导轨导向滑轮54、轴肩螺钉、深沟球轴承、滑轮轴套55、下伸缩杆58、滑轮导轨5802和下伸缩杆盖5803。其中，上伸缩杆51顶部通过底板螺栓42连接安装在柔索驱动平台底板41上，靠近螺栓连接的两侧较窄内壁上，分别通过螺栓连接固定第五上牵引导向滑轮52、第六上牵引导向滑轮53、第七上牵引导向滑轮57、第八上牵引导向滑轮56，在上伸缩杆51的底部，三角形的三边的各中点位置开有凹槽，在凹槽处，轴肩螺钉依次穿过滑轮54、深沟球轴承、滑轮轴套55、上伸缩杆51内壁，最后由六角螺母紧固。

其中，下伸缩杆58顶端上部，相邻的两个边中点处带有上部吊耳5801，在下伸缩杆58顶端下部，相邻的两个顶角处带有下部吊耳5804，与上部吊耳5801相互对应；滑轮导轨5802竖直安装在下伸缩杆58的三个宽面上，滑轮导轨5802的移动中心线与导轨滑轮54的轴线垂直且共面，从而保证下伸缩杆58始终稳定地与上伸缩杆51相对移动；下伸缩杆盖5803通过螺栓连接安装在下伸缩杆58上。

结合图11、12，进一步说，喷涂机构6包括末端法兰盘61、执行器上手腕62、上手腕外壳616、执行器下手腕612、下手腕外壳615、手腕连接件67、拉伸弹簧610、喷枪614、深沟球轴承、右定滑轮64、右动滑轮613、左定滑轮65、上手腕连接件轴68、上手腕连接件轴套69、下手腕连接件轴611。

其中，末端法兰盘61通过螺栓连接安装在下伸缩杆盖5803和执行器上手腕62连接；左定滑轮65、右定滑轮64、右动滑轮613分别通过左定滑轮轴66、右定滑轮轴63、右动滑轮轴617、深沟球轴承固定在执行器上手腕62和执行器下手腕底板612上；拉伸弹簧610的一端安装在执行器上手腕62，另一端安装在执行器下手腕612；保证末端执行器弯曲时能够快速、稳定地恢复到初始位置；上手腕连接件轴68依次穿过执行器上手腕62、深沟球轴承、手腕连接件67的上孔、上手腕连接件轴套69，最后固定在上手腕外壳616；下手腕连接件轴611穿过执行器下手腕612、手腕连接件67的下孔，最后固定在下手腕外壳615；喷枪614通过螺钉连接紧固在执行器下手腕612的尾部。

结合图7、8和12，进一步说，传动柔索7包括第一上牵引柔索71、第二上牵引柔索72、第三上牵引柔索73、第四上牵引柔索74和第一下牵引柔索75；

其中，第一上牵引柔索71从下伸缩杆58顶端上部的吊耳5801开始，竖直向上穿过第一上牵引导向滑轮410正对的第一柔索孔，经过第一上牵引导向滑轮410改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构401；第二上牵引柔索72从下伸缩杆58顶端下部，与上部的吊耳同一侧的吊耳5804开始，倾斜向下经过第六上牵引导向滑轮53改变方向，竖直向上穿过第六上牵引导向滑轮53上的第六柔索孔，穿入第五上牵引导向滑轮52上的第五柔索孔，经过第五上牵引导向滑轮52，竖直向上穿过第二上牵引导向滑轮正对的第二柔索孔，倾斜向上经过第二上牵引导向滑轮411改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构401，第一上牵引柔索71和第二上牵引柔索72相连成一个总长度不发生变化的柔索，整齐的排布在在第一上牵引驱动机构401上，并形成闭环传动，通过第一上牵引驱动机构401的正反驱动，对下伸缩杆51的产生双向拉力，实现对下伸缩杆51的上下拉伸。

第三上牵引柔索73、第四上牵引柔索74的传动方向与第一上牵引柔索71、第二上牵引柔索72相似，不再赘述。

第一下牵引柔索75从喷涂机构上手腕62的右定滑轮64底部开始，倾斜向下，经过右动滑轮613的左侧改变方向，竖直向上经过右定滑轮64改变方向，倾斜向下经过左定滑轮65改变方向，倾斜向上穿过柔索驱动平台4中心孔，经过第一下牵引导向滑轮410改变方向，水平向前至第一下牵引驱动机构402；柔索经过左定滑轮65，将右定滑轮64、右动滑轮613之间的拉力进行放大，实现末端喷涂机构6可以灵活自如地转动。

结合图1至15，对本发明所设计用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人的实施方法进行说明，

1、将工件放置在喷涂工作区域内；

2、气缸升降装置14对Z轴方向的高度进行调整，X轴线性驱动机构12和Y轴线性驱动机构13对水平的两平动自由度进行控制，使旋转机构2、多机控制平台3、喷涂机构6移动到合适的位置；

3、喷涂机器人可满足喷涂多颜色要求，多平面高度要求，多机控制平台根据所需喷涂工件复杂曲面内壁直径，对三个喷涂机构6进行位置调整；同时柔索驱动平台4通过牵引柔索7并联，控制伸缩机构5的伸缩，使末端喷头6伸缩到指定的位置；柔索驱动平台通过下牵引柔索控制末端喷头上下手腕关节的旋转，使喷头转动到合适的喷涂位置；

4、喷涂开始工作，可分离式旋转机构2开始旋转，三个喷头协同工作，大幅度地提高了效率；随着变直径零件的直径的变化，在喷涂作业过程中，多机控制平台3和柔索驱动平台4继续工作，不断将喷头的距离、位置和角度调整到需要的幅度。

5、喷涂作业完成，取出工件，进行下一个工件的喷涂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：包括有可升降的水平移动平台，所述水平移动平台的上端面安装有相互配合的X轴线性驱动机构和Y轴线性驱动机构，所述Y轴线性驱动机构在X轴线性驱动机构上导向移动，所述Y轴线性驱动机构的下方通过多机控制平台安装有多个柔索驱动平台，多个柔索驱动平台均安装在多机控制平台的底端面，且同步在空间范围内运动，所述Y轴线性驱动机构的中部安装有驱动多机控制平台并带动柔索驱动平台实现Z轴转动自由度的可分离式旋转机构，多个所述柔索驱动平台的底端分别安装有伸缩机构，所述伸缩机构的底端分别安装有喷涂机构，所述喷涂机构为适应喷涂曲面内壁的调整动作通过多机控制平台上的同步导向移动机构驱动，所述喷涂机构沿曲面内壁的喷涂动作分别通过对应的传动柔索机构驱动，且传动柔索通过伸缩机构进行导向，上述X、Y轴线性驱动机构驱动柔索驱动平台实现X、Y轴的直线自由度运动，以及可分离式旋转机构带动柔索驱动平台实现Z轴转动自由度，从而带动柔索驱动平台实现空间X、Y、Z坐标轴自由运动，结合喷涂机构自身的沿曲面内壁的调整、喷涂动作，构成了用于曲面内壁类喷涂的柔索驱动混联喷涂机器人的空间运动；

所述的多机控制平台包括有多机平台底板，所述多机平台底板上分布有以其中心位置为圆心圆周分布设置的滑槽，所述滑槽上分别安装有同步导向移动机构，所述同步导向移动机构分别包括有与滑槽导向配合的滑块一，所述滑块一的上端面带有斜滑槽，所述滑块一的底端穿过滑槽与柔索驱动平台连接，所述滑块一上安装有可与滑块一导向配合的滑块二，所述滑块二的底端面设有与斜滑槽配合的下滑槽，所述滑块二的内端部分别设有齿块；

所述多机平台底板中部通过轴承转动安装有一中心大齿轮，所述轴承内的多机平台底板与可分离式旋转机构的底端部固定连接，所述齿块均与中心大齿轮啮合传动，所述滑块二的移动通过丝杆组件驱动，且丝杆组件安装在其中一滑槽对应的滑块二上，所述丝杆组件包括有丝杆，所述丝杆与多机平台底板上的滑槽垂直，所述滑块二旋合在丝杆上，且丝杆的转动通过其端部的电机驱动，其余滑槽对应的滑块二分别通过多机滑块轴架支撑导向架设；

所述的柔索驱动平台分别包括有柔索驱动平台底板，所述柔索驱动平台底板上盖合有柔索驱动平台顶板，所述柔索驱动平台顶板与多机控制平台连接，所述柔索驱动平台底板上分别安装有两组上牵引驱动机构、一组下牵引驱动机构和柔索导向滑轮组系；所述的上牵引驱动机构和下牵引驱动机构的结构相同，上牵引驱动机构和下牵引驱动机构分别包括有柔索滚筒，所述柔索滚筒通过滚筒支撑侧板安装在柔索驱动平台底板上，所述柔索滚筒的转动通过其端部的伺服电机驱动；所述柔索导向滑轮组系包括有上牵引导向滑轮、下牵引导向滑轮以及导轨导向滑轮，所述上牵引导向滑轮、下牵引导向滑轮均为多个，上牵引导向滑轮和下牵引导向滑轮相互配合安装在柔索驱动平台底板的上端面以及伸缩机构的牵引传动位置处，所述导轨导向滑轮安装在伸缩机构上端部的中间过渡处，导轨导向滑轮对应的上牵引导向滑轮之间、下牵引导向滑轮之间分别通过对应的牵引柔索传动连接，上牵引导向滑轮和下牵引导向滑轮共同组合带动伸缩机构伸缩升降，从而满足喷涂机构实现喷涂运动的需要。

2.根据权利要求1所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述的水平移动平台包括有安装架，所述安装架包括有矩形框，所述矩形框的底端面四个拐角分别通过矩形柱支撑架设，所述矩形柱的高度可调，其调整通过底端的升降机构驱动，所述升降机构包括有气缸，所述气缸的活塞杆伸出端与矩形柱底端连接，所述矩形框的两侧分别安装有X轴线性驱动机构，所述X轴线性驱动机构之间滑动安装有Y轴线性驱动机构。

3.根据权利要求2所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述的X轴线性驱动机构包括有安装在矩形框两侧的滑轨，所述滑轨上分别架设有与其对应的滚珠丝杆，所述滚珠丝杆的转动通过其端部的电机驱动，所述滚珠丝杆上安装有沿其导向移动的滑块。

4.根据权利要求3所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述Y轴线性驱动机构包括有两并列设置的Y轴移动导轨，所述Y轴移动导轨的两端分别安装在滑块上，所述Y轴移动导轨上导向安装有Y轴移动架，所述Y轴移动架的移动通过齿轮齿条组件驱动，所述Y轴移动架包括有Y轴移动上板和Y轴移动下板，所述Y轴移动上板和Y轴移动下板之间通过上下连接件连接，所述齿轮齿条组件包括有Y轴移动齿轮和Y轴移动齿条，所述Y轴移动齿条的两端分别安装在Y轴移动导轨内侧的滑块上，所述Y轴移动上板上安装有Y轴驱动电机，所述Y轴驱动电机的输出端安装有Y轴移动齿轮，所述Y轴移动齿轮与Y轴移动齿条啮合传动。

5.根据权利要求1所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述的可分离式旋转机构包括有安装在Y轴移动上板上的圆形滑轨，所述圆形滑轨中部位置的Y轴移动上板上转动安装有旋转轴，所述旋转轴的上端部安装有旋转平台，所述旋转平台的下端面安装有间隔圆周分布的滑轮，所述旋转平台上固定安装有大齿轮，所述大齿轮的转动通过其一侧的小齿轮驱动，所述小齿轮安装在旋转平台电机的输出轴端端部，所述旋转轴的底端部安装有用于连接多机控制平台的法兰盘。

6.根据权利要求1所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述的伸缩机构包括有导向伸缩配合的上伸缩杆和下伸缩杆，所述上伸缩杆和下伸缩杆之间通过柔索传动连接，所述上伸缩杆的上端部与柔索驱动平台的底端面固定连接，所述下伸缩杆顶部的安装板上下位置处分别安装有上部吊耳和下部吊耳，所述上部吊耳和下部吊耳上下错位设置配合使用分别用于悬挂牵引柔索的端部，所述上伸缩杆的底端面中部分别开设有用于安装导轨导向滑轮的凹槽；

所述的喷涂机构包括有可弯曲的执行器上手腕和执行器下手腕，所述执行器上手腕和执行器下手腕之间通过手腕连接件铰接连接，且执行器上手腕和执行器下手腕之间还安装有辅助复位的拉伸弹簧，所述执行器上手腕的上端通过末端法兰盘与下伸缩杆的下伸缩杆盖固定连接，所述执行器下手腕的底端安装有喷枪，所述执行器上手腕和执行器下手腕的弯曲通过下牵引驱动机构驱动。

7.根据权利要求6所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其特征在于：所述的柔索导向滑轮组系包括有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、第七上牵引导向滑轮、第八上牵引导向滑轮、第一下牵引导向滑轮、左定滑轮、右定滑轮、右动滑轮；所述牵引柔索包括有第一上牵引柔索、第二上牵引柔索、第三上牵引柔索、第四上牵引柔索和第一下牵引柔索；

其一组上牵引驱动机构中的第一上牵引导向滑轮安装在柔索驱动平台的对角方向上，其径向方向与柔索驱动平台底板上第一柔索孔的圆心共线，第二上牵引导向滑轮安装在与第一上牵引导向滑轮径向方向平行，且相互错开的位置，其径向方向与柔索驱动平台底板上第二柔索孔的圆心共线，第五上牵引导向滑轮安装在上伸缩杆的内壁，靠近上伸缩杆口处，第五上牵引导向滑轮的滑道圆与第二柔索孔的轴心方向相切，第六上牵引导向滑轮安装在上伸缩杆的内壁，位于上伸缩杆尾部与下伸缩杆口部之间，第六上牵引导向滑轮的位置在第五上牵引导向滑轮的正下方；第五上牵引导向滑轮的支架与第六上牵引导向滑轮的支架背向安装，有效实现下伸缩杆移动的限位情况；

所述第一上牵引柔索从下伸缩杆顶端上部吊耳开始，竖直向上穿过第一柔索孔，经过第一上牵引导向滑轮改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构；第二上牵引柔索从下伸缩杆顶端下部，与上部吊耳同一侧的下部吊耳开始，倾斜向下经过第六上牵引导向滑轮改变方向，竖直向上穿过第六柔索孔，穿入第五柔索孔，经过第五上牵引导向滑轮，竖直向上穿过第二柔索孔，倾斜向上经过第二上牵引导向滑轮改变方向，水平向前至第一上牵引驱动机构，第一上牵引柔索和第二上牵引柔索共同连接在第一上牵引驱动机构上，并形成闭环传动；

另一组上牵引驱动机构所对应的第三上牵引导向滑轮、第四上牵引导向滑轮、第七上牵引导向滑轮、第八上牵引导向滑轮与上述第一上牵引导向滑轮、第二上牵引导向滑轮、第五上牵引导向滑轮、第六上牵引导向滑轮的安装定位方式相同；第三上牵引柔索、第四上牵引柔索的传动方向与第一上牵引柔索、第二上牵引柔索的传动连接关系相同；

所述的第一下牵引导向滑轮安装在下牵引驱动机构和柔索驱动平台中心孔之间，第一下牵引导向滑轮轴线方向与第一下牵引驱动机构轴线平行，所述的左定滑轮安装在执行器上手腕底板上，所述的右定滑轮安装在左定滑轮的右上方，右动滑轮安装在执行器下手腕底板上，位于右定滑轮的正下方；

第一下牵引柔索从执行器上手腕的右定滑轮底部开始，倾斜向下，经过右动滑轮的左侧，改变方向，竖直向上经过右定滑轮，改变方向，倾斜向下经过左定滑轮，改变方向，倾斜向上穿过柔索驱动平台中心孔，经过第一下牵引导向滑轮，改变方向，水平向前至第一下牵引驱动机构；

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、下牵引柔索之间以及各个上牵引柔索之间、各个下牵引柔索之间在工作过程中互不干涉。

8.一种基于权利要求1-7任意一权利要求所述的用于复杂曲面内壁涂装的可调式柔索驱动喷涂机器人，其使用过程中的操作方法，包括如下步骤：

（1）将工件放置在喷涂工作区域内；

（2）升降机构对Z轴方向的高度进行调整，X轴线性驱动机构和Y轴线性驱动机构对水平的两平动自由度进行控制，使分离式旋转机构、多机控制平台、喷涂机构移动到合适的位置；

（3）喷涂机器人可满足喷涂多颜色要求，多平面高度要求，多机控制平台根据所需喷涂工件复杂曲面内壁直径，对三个喷涂机构进行位置调整；同时柔索驱动平台通过牵引柔索并联，控制伸缩机构的伸缩，使末端喷头伸缩到指定的位置；柔索驱动平台通过下牵引柔索控制末端喷头上下手腕关节的旋转，使喷头转动到合适的喷涂位置；

（4）喷涂开始工作，可分离式旋转机构开始旋转，三个喷涂机构协同工作，大幅度地提高了效率；随着变直径零件的直径的变化，在喷涂作业过程中，多机控制平台和柔索驱动平台继续工作，不断将喷头的距离、位置和角度调整到需要的幅度；

（5）喷涂作业完成，取出工件，进行下一个工件的喷涂。

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