CN114146849B - 一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，包括有移动式基座、外框架、可调式辅助运动平台、回转运动平台、变刚度装置、卷筒机构、多齿轮组复合驱动机构、柔索驱动机构；可调式辅助运动平台上设置有用于驱动柔索驱动机构的变刚度装置、卷筒机构以及多齿轮组复合驱动机构；柔索驱动机构根据指令通过多齿轮组传动机构驱动可调式辅助运动平台，且通过驱动柔索机构以及液压推杆根据指令协调驱动回转运动平台，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合。本发明能够有效控制机器人机构参数，实现由一个电机同时驱动四根柔索协调收放，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现无干涉、低成本的运动输出。

Description

一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法

技术领域：

本发明涉及喷涂机器人领域，主要涉及一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法。

背景技术：

目前，喷涂机器人是工业机器人应用之一，表面喷涂是机械类、电器类外壳等产品制造工艺中表面防锈防腐蚀处理的关键环节，喷涂机器人是一种可自动进行喷涂的工业机器人，已广泛应用于汽车、仪表、电器等产品的涂装生产中。柔索驱动并联机器人是一种利用柔索代替传统并联机器人中的连杆作为驱动元件，在所期望的工作空间中对末端运动平台进行定位和定向的新型机器人，在轻量化的同时，工作空间、工作效率和运行精度都得到了提升，可以适应更复杂的工作环境及更高的工作要求，但是现有的柔索驱动的机器人每根柔索需要单独配备一个驱动电机，这种驱动方式会增加整个机器人制造成本，中国专利“CN202110466483.4”公开了一种具有大工作空间的可移动式电液复合驱动喷涂机器人，驱动柔索包括对称分布的8根绳索，然而柔索驱动的机器人每根柔索都必须配备独立的驱动电机，这种驱动方式增加了喷涂机器人制造成本；此外，此机构具有较大工作空间以及较高的灵活度，同时可以避免驱动绳与工件干涉。但是此机构在实际运行过程中会遇到各种不可预料的复杂工况，故柔索和工件，运动平台和工件之间仍有潜在的安全隐患。因此为了保证喷涂过程中柔索与工件不发生干涉，运动平台与工件不发生碰撞，需要设计一种系统响应迅速、信息处理能力强、成本低的喷涂机器人运动控制方法，对机构进行运动控制和实时监测。

柔索并联机器人机构在运动过程中会存在结构刚度低的问题，使得末端执行器运行不平稳，从而影响整个机构的正常运行，且随着柔索并联机器人的不断发展，对系统的稳定性、运动速度、精度要求越来越高，机构刚度问题也越来越重要。在柔索并联机器人的刚度研究中，大多忽略柔索的内张力，而实际上柔索内张力对系统刚度影响较大，尤其是并联柔索驱动机构。中国专利“CN103831819A”公开了一种模块化可重构柔索并联机构实验平台，中国专利“CN202010243559.2”公开了一种冗余约束柔索驱动下肢训练并联康复机器人及其控制方法。以上所述两种柔索并联机构没有考虑到柔索并联机构的刚度问题，没有提出一种能为柔索并联机构提供良好柔顺变刚度的装置。因此，对柔索并联机构进行刚度控制，增强柔索并联机构的稳定性和可靠性十分重要。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法，通过设计出一种多齿轮组复合驱动机构，让一个伺服电机通过多齿轮组复合驱动机构与四个卷筒机构相连，将一个伺服电机的运动同时传递给四根上驱动柔索，完成四根上驱动柔索的不同收放任务；同时提出一种喷涂机器人运动控制方法，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现大空间、无干涉的运动输出；并设计出一种用于该柔索并联机构的变刚度装置，为柔索并联机器人提供良好的柔顺变刚度特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，包括有移动式基座、外框架、运动平台、变刚度装置、卷筒机构、多齿轮组复合驱动机构、柔索驱动机构；

外框架包括移动式基座和下驱动柔索调整模块，移动式基座与下驱动柔索调整模块配合安装，四组移动式基座与下驱动柔索调整模块共同围成一个操作空间，操作空间的中心位置上通过柔索驱动机构悬吊有可升降的运动平台，所述运动平台包括有可调式辅助运动平台和回转运动平台，所述回转运动平台位于可调式运行平台的下方，且通过液压推杆和柔索驱动机构连接固定，所述可调式辅助运动平台上设置有用于驱动柔索驱动机构的且相互配合作用的变刚度装置、卷筒机构以及多齿轮组复合驱动机构；所述多齿轮组复合驱动机构将一个伺服电机的运动传递到四个绕有柔索的卷筒机构上，从而实现四根不同驱动柔索在同时刻的不同收放任务，所述变刚度装置用对称布置安装在卷筒机构支撑板下平面上，柔索驱动机构根据指令通过多齿轮组传动机构驱动可调式辅助运动平台，且通过驱动柔索机构以及液压推杆根据指令协调驱动回转运动平台，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合，实现机械、电气、液压一体化，能够有效控制喷涂机器人运行参数，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现大空间、无干涉的运动输出。

所述的移动式基座分别包括有移动基座主体和升降式移动轮框架，所述移动基座主体四周分别安装有固定支撑板，所述升降式移动轮框架的顶部固定安装在移动基座主体的底部，所述升降式移动轮框架内安装有可导向移动的万向轮驱动电机支架，所述万向轮驱动电机支架上固定安装有万向轮驱动电机，所述万向轮驱动电机的输出轴端安装有万向轮，所述万向轮驱动电机支架的升降通过万向轮升降滚珠丝杠螺母带动，且通过万向轮升降滑柱导向；该机构可实现万向轮的转动驱动移动式基座的运动，并可以完成万向轮的升降，使其离开地面，从而在机器人不需要运动时提供更好的稳定性。

所述的下驱动柔索调整模块包括有型材支柱，所述型材支柱上端端部的侧面安装有工业相机作为视觉传感器，摄像头朝向回转运动平台，所述型材支柱的顶部安装有用于承载上驱动柔索的定滑轮，所述型材支柱上安装有竖直设置的同步带，且同步带通过上下两个同步带基座固定安装在型材支柱侧面，所述同步带上安装有用于承载下驱动柔索的移动式滑轮，且移动式滑轮随同步带进行上下运动。

所述的可调式辅助运动平台包括有位于可调式辅助运动平台外框架上端面外侧呈矩形对称分布的张紧滑轮，所述可调式辅助运动平台外框架的底端部安装有呈矩形对称分布的下驱动柔索过渡滑轮，所述可调式辅助运动平台外框架的每个边的中部均从中间断开，且通过其之间的辅助运动平台滚珠丝杆对接调整，所述可调式辅助运动平台外框架在调整中通过径向分布的运动滑轨导向；所述辅助运动平台滚珠丝杆的调节通过外部调节机构驱动电机驱动，且通过外部调节机构滑柱导向，所述可调式辅助运动平台外框架上分别安装有与辅助运动平台滚珠丝杆旋合的辅助运动平台丝杠螺母，且外部调节机构滑柱、辅助运动平台滚珠丝杠、辅助运动平台丝杠螺母和外部调节机构驱动电机均安装在可调式辅助运动平台内部槽位中。

所述液压推杆上端安装在可调式辅助运动平台的复合双向铰链内，下端通过万向节与回转运动平台转轴连接，通过两者的限制在可调式辅助运动平台与回转运动平台之间进行运动的传递，通过外部调节机构驱动电机驱动辅助运动平台滚珠丝杆转动，由辅助运动平台滚珠丝杠带动辅助运动平台丝杠螺母运动且配合滚珠丝杆上下方的外部调节机构滑柱导向，从而实现两个可调式辅助运动平台外框架的相对直线运动，达到调整可调式辅助运动平台大小的目的。

所述回转运动平台的中部转动安装有回转平台转轴，所述回转平台转轴的上端部通过万向节与液压推杆的底端端部连接，所述回转运动平台的上端面圆周方向上安装有间隔设置的下驱动柔索滑轮，所述下驱动柔索滑轮的底端面安装有回转运动平台壳体，且回转平台转轴的下端部位于回转运动平台壳体内部，所述回转运动平台壳体内安装有陀螺仪传感器，且回转平台转轴的底端还安装有用于测量回转运动平台相对于回转平台转轴转角的转角传感器、喷枪以及距离传感器；

液压推杆长度可控，推杆底部安装有液压推杆长度传感器，测量液压推杆的伸缩距离；通过万向节实现可调式辅助运动平台与回转运动平台的运动串联，对回转运动平台的运动进行约束，进而增大末端的灵活性；回转运动平台盖板上安装有四个回转运动平台下驱动柔索滑轮；喷枪则连接于回转运动平台壳体下端，回转运动平台转轴上安装有转角传感器，测量喷涂过程中回转平台相对于回转平台转轴的转角，回转运动平台壳体内部安装有陀螺仪传感器，保持喷枪在喷涂过程中的稳定性，距离传感器安装在喷枪的端部，用于测量喷枪与当前待喷工件的距离。

所述的变刚度装置为多个，分别对应固定于可调式辅助运动平台上每个卷筒机构一侧，其包括变刚度装置壳体，所述的变刚度装置壳体呈左右对称分布，整体呈T字型，所述的变刚度壳体上开有供滑轮轴穿过的滑槽，以便滑轮可以通过滑轮轴在壳体内部移动，所述滑槽包括有横向滑槽和竖向滑槽，所述横向滑槽内安装有两间隔设置与其内部滑轨导向的滑轮，所述竖向滑槽为并列设置的两个，其内分别安装有与其内部滑轨导向的滑轮，所述横梁滑槽的两滑轮以及竖向滑槽的滑轮轴端与变刚度装置壳体之间均通过弹簧弹性连接和弹簧固定连接，滑轮在运动时同时受到柔索和弹簧的力，所述的变刚度装置壳体顶部一侧安装有导向滑轮，所述的变刚度装置壳体上部中心位置开槽，安装有三滑轮组，三滑轮组用于改变上驱动柔索进入变刚度装置的方向；

其上驱动柔索从可调式辅助运动平台上的张紧滑轮下部穿出，绕至壳体上的导向滑轮，向右延伸至壳体上部三滑轮组中滑轮一与滑轮二中间，由此上驱动柔索进入变刚度装置内部，接着向左延伸至变刚度装置左侧上滑轮上方，绕过变刚度装置左侧上滑轮后从变刚度装置左侧上滑轮下方延伸到变刚度装置右侧上滑轮下方，绕过变刚度装置右侧上滑轮后从变刚度装置右侧上滑轮上方向左延伸到壳体上部三滑轮组中滑轮二与滑轮三中间，上驱动柔索由此穿出变刚度装置，向上接入卷筒机构。

所述的卷筒机构分为上驱动柔索卷筒机构和下驱动柔索卷筒机构，下驱动柔索卷筒机构安装在移动式基座主体内，上驱动柔索卷筒机构呈对角线分布在可调式辅助运动平台内板上，包括支撑板、花键轴、卷筒、拉绳位移传感器，花键轴通过轴承架设在支撑板上，卷筒固定在花键轴上，卷筒上缠绕有上驱动柔索；所述的花键轴一端安装有拉绳位移传感器，用于测量柔索长度变化量，上驱动柔索卷筒机构中花键轴的一端连接多齿轮组复合驱动机构中锥齿轮三的转动轴，下驱动柔索卷筒机构中花键轴的一端连接下驱动柔索驱动电机，下驱动柔索的四个卷筒机构分别在型材支柱下方的移动式基座主体内；

将上驱动柔索在卷筒上的出索点设置为点A，并且点A是沿着卷筒轴线方向随时间变化的，将柔索从变刚度装置壳体上部三滑轮组的入索点设置为B，点B位置始终保持不动，则卷筒在收放柔索时，每转动一圈，柔索与卷筒的分离点便会沿着卷筒轴线方向移动一个导程，使得柔索产生偏移；由于柔索在卷筒轴向偏移角度的不同，柔索便会以点B为中心，沿着卷筒轴向来回摆动，致使卷筒在每个旋转单位周期内经过B点的长度不一致，故会影响柔索运动的精度；

将柔索在卷筒上的出索点与B点距离最小的出索点设置为A₁，本发明中点A₁为卷筒轴向长度的中点，距离最大的出索点设置为A₂，故柔索在收放过程中L_AB的长度随着时间t始终在变化，变化范围是

设置柔索直径为d，卷筒直径为D，卷筒的轴向长度为L，设置柔索在卷筒轴线方向上的移动速度为V，单位：m/s，设置柔索收放速度为V₁，即卷筒的转动速度，单位为r/min，则

在柔索出索点从A₁变化到A₂的过程中，

则L_AB在t时刻相对于初始时刻即柔索从点A₁分离卷筒，产生的长度误差为：

其中t的范围是

V是柔索在卷筒轴线方向上的移动速度，

其中，D是卷筒直径，V₁是卷筒转动速度，

是卷筒轴线的中点与变刚度装置的连接点之间的距离，是不变的，t的范围是

d为柔索直径；

这时柔索长度变化的误差函数ΔL_AB是随着时间单调递增的连续有界函数，故本发明将柔索产生的长度误差通过改变卷筒直径来平衡，将常规的以长度为L的直线为母线的圆柱体卷筒设计为以r为半径的柱体，本机构中的B点始终位于A₁的垂直下方，故卷筒设计为两边对称。

所述的多齿轮组复合驱动机构包括齿轮箱，所述齿轮箱内安装有一个正齿轮组、四个锥齿轮组、四组同步器，所述正齿轮组包括位于中心位置的主动正齿轮，所述主动正齿轮的圆周方向上均布有与其啮合传动的四个从动正齿轮，所述主动正齿轮的转动通过其上方的伺服电机驱动，四个锥齿轮组和四组同步器对应配合使用，其中每组锥齿轮组分别包括三个锥齿轮、电磁制动器，每组同步器分别包括有一根花键毂、电磁铁装置，所述花键毂底端安装有从动正齿轮，然后向上依次是锥齿轮一、同步器接合套、锥齿轮二，锥齿轮一、锥齿轮二同时与锥齿轮三啮合，同步器接合套通过花键与花键毂结合，位于锥齿轮一和锥齿轮二中间位置，随着花键毂一起转动的同时通过控制电磁铁吸盘通断电可以在花键轴上做往返运动，可分别与两端的锥齿轮一、锥齿轮二结合；当同步器与锥齿轮一结合时，锥齿轮三正转从而带动与之相连的卷筒机构正转；当同步器接合套与锥齿轮二结合时，锥齿轮三反转，从而带动与之相连的卷筒机构反转，实现将一个驱动电机的转动通过多齿轮组复合驱动机构传递到四个卷筒装置，从而控制同一时刻四根上驱动柔索的不同伸缩；

还包括有外部传感系统，所述的外部传感系统包括有拉力传感器、拉绳位移传感器、长度传感器和视觉传感器、转角传感器、陀螺仪传感器、接近传感器，所述的拉力传感器分别设置在每根下驱动柔索和上驱动柔索上；所述的拉绳位移传感器为编码器，设置在卷筒轴的一端，测量柔索的伸缩量；所述的视觉传感器安装在外框架型材立柱上端端部侧面，摄像头朝向运动平台；所述的长度传感器安装在液压推杆上，用于测量液压推杆的长度；所述的转角传感器安装在回转平台转轴上，用于测量回转运动平台相对于回转平台转轴转角；所述的陀螺仪传感器安装在回转运动平台壳体内部，保持喷枪在喷涂过程中的稳定性；所述的距离传感器安装在喷枪的端部，用于测量喷枪与当前待喷工件的距离。

上述基于多齿轮组复合驱动机构的喷涂机器人的运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：系统初始化，检查各驱动电机是否回复到初始位置，各个传感器是否复位；

步骤二：视觉传感器开始工作，摄像头对准运动平台，获取当前待喷工件三维投影视图，测量工控机确定当前工件的位置参数，通过通信装置输入控制系统主控工控机中，经过分析计算，可编程逻辑控制器向万向轮驱动电机发出指令，万向轮带动移动式基座和下驱动柔索调整模块移至可容纳当前工件工作空间的指定位置后，万向轮升降电机驱动万向轮升降滚珠丝杠带动万向轮驱动电机支架向上升起，移动基座主体内固定支撑板打开，移动式基座位置固定；

步骤三：根据当前待喷涂工件的形状姿态参数，可编程逻辑控制器向同步带驱动电机发送指令，同步带上的移动式滑轮随着同步带运行至初始高度，确保喷涂过程中下驱动柔索在工作空间内不会与当前待喷工件发生干涉；

同时外部调节机构驱动电机接受指令，通过驱动辅助运动平台滚珠丝杠转动来调节可调式辅助运动平台外框架整体尺寸，避免可调式辅助运动平台在喷涂过程中与当前待喷工件发生干涉；

步骤四：在完成准备步骤后该机构开始喷涂，每组下驱动柔索驱动电机接受来自可编程逻辑控制器的指令后，带动下驱动柔索伸缩，从而控制回转运动平台运动。同时回转运动平台的运动也受到液压推杆的驱动；

上驱动柔索驱动电机接收转动指令，上驱动柔索要伸长指定长度时，电磁制动器断电，同步器中的位于上电磁铁箱上部的电磁铁吸盘通电，驱动同步器接合套向上运动与锥齿轮二结合，通过锥齿轮二和锥齿轮三的啮合带动卷筒机构正转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘断电，电磁制动器通电，使卷筒停止转动；

当上驱动柔索要收缩指定长度时，电磁制动器断电，同步器中的位于下电磁铁箱下部的电磁铁吸盘通电，驱动同步器接合套向下运动与锥齿轮一结合，通过锥齿轮一和锥齿轮三的啮合带动卷筒机构反转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘断电，电磁制动器通电，使卷筒停止转动，通过柔索的收放控制运动平台运动，从而控制喷枪的运动；

步骤五:喷涂过程中喷枪处距离传感器工作，实时测量喷枪与当前待喷工件的最小距离并将信号传送到测量工控机，接着可编程逻辑控制器经过分析计算向液压推杆发出指令，在液压推杆下端的长度传感器检测下改变液压伸缩杆指定长度，保证待喷工件始终与喷枪保持安全距离；

步骤六：实现无干涉、低成本、高精度喷涂，喷涂完成。

本发明的优点是：

1.本发明设计了一种多齿轮组复合驱动机构，将一个伺服电机的运动传递到四个绕有柔索的卷筒机构上，从而实现四根不同驱动柔索在同时刻的不同收放任务，解决了现有的柔索并联驱动机器人中一根柔索配备一个驱动电机所造成的成本过高问题，有效的减少了柔索驱动电机的数量，大大节约了成本；

2.本发明设计了一种变刚度装置，采用对称布置，体积小、结构紧凑，安装在卷筒机构支撑板下平面上，避免与柔索并联机构其他模块造成干扰，安装拆卸方便灵活，解决了柔索并联机构在运动过程中会存在结构刚度低的问题，为柔索并联机器人提供良好的柔顺变刚度特性，增强机构运行的平稳性和可靠性；

3.本发明提出了一种基于多齿轮组复合驱动机构的喷涂机器人的运动控制方法，四根上驱动柔索根据指令通过多齿轮组传动机构驱动辅助运动平台，四根下驱动柔索和液压推杆根据指令协调驱动回转运动平台，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合，实现机械、电气、液压一体化，能够有效控制喷涂机器人机构参数，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现大空间、无干涉的运动输出。

附图说明：

图1a为该本发明整体结构示意图；

图1b为该机构部件放大图；

图1c为该机构部件内部放大图；

图2a为移动式基座和下驱动柔索调整模块整体结构示意图；

图2b为可升降式移动轮部件图；

图3a为可调式辅助运动平台及回转运动平台整体结构示意图；

图3b为可调式辅助运动平台结构示意图；

图3c为可调式辅助运动平台滚珠丝杠结构示意图；

图4a为该变刚度装置结构示意图；

图4b为该变刚度装置A视图；

图5为该卷筒机构结构示意图；

图6a为该多齿轮组复合驱动机构中的正齿轮组结构示意图；

图6b为多齿轮组复合驱动机构中同步器机构结构示意图；

图6c为同步器结构中上电磁铁箱内部部件图；

图6d为该多齿轮组复合驱动机构中的锥齿轮组结构示意图；

图7为该机构运动控制装置示意框图；

图8为该机构的运动控制方法流程图。

附图标记：

各图中附图标记如下：

图1a-c：外框架1、运动平台2、变刚度装置3、卷筒机构4、多齿轮组复合驱动机构5，柔索驱动机构6；

图2a-b：移动基座主体1101、固定支撑板1102、万向轮升降电机1103、万向轮升降电机支架1104、万向轮升降滚珠丝杠1105、拉力传感器6300、万向轮驱动电机支架1106、万向轮驱动电机1107、万向轮升降滑柱1108、万向轮1109、可升降式移动轮框架1110、型材支柱1201、工业相机1202、同步带1203、同步带基座1204、移动式滑轮1205、定滑轮1206；

图3a：下驱动柔索6200、回转运动平台盖板2201、回转运动平台壳体2202、喷枪2203、距离传感器2204、转角传感器2205、回转运动平台下驱动柔索滑轮2206、万向节2207、液压推杆长度传感器2208、液压推杆2209；

图3b-c：张紧滑轮2101、可调式辅助运动平台外框架2102、运动滑轨2103、双向铰链安装轴承2104、复合双向铰链2105、可调式辅助运动平台内板2106、回转运动平台下驱动柔索过渡滑轮2107、外部调节机构驱动电机2108、外部调节机构滑柱2109、辅助运动平台滚珠丝杠2110、辅助运动平台丝杠螺母2111；

图4a-b：变刚度装置右侧下弹簧3101、变刚度装置右侧下滑轮3102、壳体上滑槽3103、上下滑轮连接板3104、弹簧连接件3105、变刚度装置右侧上滑轮3106、导向滑轮3107、变刚度装置右侧上弹簧3108、壳体上部三滑轮组3109、变刚度装置壳体3110、变刚度装置左侧下弹簧3111变刚度装置左侧上滑轮3112、上驱动柔索6100；

图5：支撑板4101、拉绳位移传感器4102、卷筒4103、卷筒花键轴4104；

图6a：齿轮箱5100、正齿轮组5200、从动正齿轮5201、主动正齿轮5202、电机安置架5203、驱动电机5204、减速器5205、联轴器5206；

图6b-c：同步器机构5300、上电磁铁箱5301、电磁铁吸盘5302、接合套移动杆滑块5303、电磁铁弹簧5304、接合套移动板5305、接合套移动杆5306、下电磁铁箱5307、同步器接合套5308、同步环5309、花键毂5310；

图6d:锥齿轮组5400、锥齿轮一5401、电磁制动器5402、锥齿轮三5403、同步锥面5404、锥齿轮二5405；

具体实施方式：

参见附图。

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

如图1a、1b、1c所示，一种喷涂机器人，包括外框架1、运动平台2、变刚度装置3、卷筒机构4、多齿轮组复合驱动机构5、柔索驱动机构6，其中：

结合图2a，2b，外框架1整体为立方体，包括四组移动式基座1100和四组下驱动柔索调整模块1200，移动式基座1100中包括包括移动基座主体1101、固定支撑板1102、万向轮升降电机1103、万向轮升降电机支架1104、万向轮升降滚珠丝杠1105、万向轮驱动电机支架1106、万向轮驱动电机1107、万向轮升降滑柱1108、万向轮1109、可升降式移动轮框架1110。

结合图2b，进一步说，万向轮1109由安装于万向轮驱动电机支架1106上的万向轮驱动电机1107驱动；万向轮升降滚珠丝杠1105一端与安装于万向轮驱动电机支架1106上的螺母旋合，另一端通过联轴器由安装于万向轮升降电机支架1104上的万向轮升降电机1103驱动；该机构可实现万向轮1109的转动，驱动移动式基座1100的运动，并可以完成万向轮1109的升降，使其离开地面，从而在机器人不需要运动时提供更好的稳定性。

结合图2a，进一步说，下驱动柔索调整模块1200包括型材支柱1201、工业相机1202、同步带1203、同步带基座1204、移动式滑轮1205、定滑轮1206。同步带1203通过上下两个同步带基座1204固定安装在型材支柱1201侧面，同步带1203上安装有移动式滑轮1205，跟随同步带1203进行上下运动；工业相机1202作为视觉传感器，安装在型材立柱1201上端端部侧面，摄像头朝向运动平台。

结合3a，3b，3c，运动平台2包括可调式辅助运动平台2100和回转运动平台2200，可调式辅助运动平台2100包括张紧滑轮2101、可调式辅助运动平台外框架2102、运动滑轨2103、双向铰链安装轴承2104、复合双向铰链2105、可调式辅助运动平台内板2106、回转运动平台下驱动柔索过渡滑轮2107、外部调节机构驱动电机2108、外部调节机构滑柱2109、辅助运动平台滚珠丝杠2110、辅助运动平台丝杠螺母2111；

结合图3b，3c，进一步详细说，外部调节机构滑柱2109、辅助运动平台滚珠丝杠2110、辅助运动平台丝杠螺母2111和外部调节机构驱动电机2108均安装在可调式辅助运动平台2100内部槽位中，辅助运动平台滚珠丝杠2110一端通过联轴器连接外部调节机构驱动电机2108，一端旋合有辅助运动平台丝杠螺母2111；液压推杆2207上端安装在可调式辅助运动平台2100的复合双向铰链2105内，下端通过万向节2205与回转平台转轴连接，通过两者的限制在可调式辅助运动平台2100与回转运动平台2200之间进行运动的传递。通过外部调节机构驱动电机2108驱动辅助运动平台滚珠丝杆2110转动，由辅助运动平台滚珠丝杠2110带动辅助运动平台丝杠螺母2111运动且配合滚珠丝杆上下方的外部调节机构滑柱2109导向，从而实现两个可调式辅助运动平台外框架2102的相对直线运动，达到调整可调式辅助运动平台2100大小的目的。

结合图3a，回转运动平台2200包括回转运动平台盖板2201、回转运动平台壳体2202、喷枪2203、距离传感器2204、转角传感器2205、回转运动平台驱动绳滑轮2206、万向节2207、液压推杆长度传感器2208、液压推杆2209。

进一步详细说，液压推杆2209长度可控，推杆底部安装有液压推杆长度传感器2208，测量液压推杆的伸缩距离；通过万向节2207实现可调式辅助运动平台2100与回转运动平台2200的运动串联，对回转运动平台2200的运动进行约束，进而增大末端的灵活性；回转运动平台盖板2201上安装有四个回转运动平台下驱动柔索滑轮2206；喷枪2203则连接于回转运动平台壳体2202下端，回转运动平台转轴上安装有转角传感器2205，测量喷涂过程中回转平台2200相对于回转平台转轴的转角，回转运动平台壳体2202内部安装有陀螺仪传感器，保持喷枪2202在喷涂过程中的稳定性，距离传感器2204安装在喷枪2203的端部，用于测量喷枪2203与当前待喷工件的距离。

结合图4a，4b，变刚度装置3包括变刚度装置左侧下弹簧3101、变刚度装置左侧下滑轮3102、壳体上滑槽3103、上下滑轮连接板3104、弹簧连接件3105、变刚度装置左侧上滑轮3106、导向滑轮3107、变刚度装置左侧上弹簧3108、壳体上部三滑轮组3109、变刚度装置壳体3110、变刚度装置右侧上弹簧3111变刚度装置右侧上滑轮3112。

结合图4b，进一步详细说，变刚度装置壳体3110结构左右对称，变刚度装置壳体3110上开有供各个滑轮轴穿过的壳体上滑槽3103，以便滑轮可以通过滑轮轴在变刚度装置壳体3110内部移动，且保证滑轮的移动范围和方向；弹簧连接件3105一端与滑轮轴转动连接，一端与变刚度装置弹簧固定连接，通过弹簧连接件3105将变刚度装置滑轮和变刚度装置弹簧连接在一起；上下滑轮连接板3104将变刚度装置左侧上滑轮3106和变刚度装置左侧下滑轮3102连接，当变刚度装置左侧上滑轮3106克服变刚度装置左侧上弹簧3108弹力向右运动时会通过上下滑轮连接板3104带动变刚度装置左侧下滑轮3102克服变刚度装置左侧下弹簧3101弹力向下运动；变刚度装置左侧上弹簧3108和变刚度装置左侧下弹簧3101一端通过弹簧连接件3105分别连接变刚度装置左侧上滑轮3106和变刚度装置左侧下滑轮3102，另一端均固定在变刚度装置壳体3110上。变刚度装置壳体3110顶部一侧安装有导向滑轮3107，所述的变刚度装置壳体3110上部中心位置开槽，安装有壳体上部三滑轮组3109。

进一步详细说，上驱动柔索6100从可调式辅助运动平台2100上的张紧滑轮2101下部穿出，绕至壳体上的导向滑轮3107，向右延伸至壳体上部三滑轮组3109中滑轮一与滑轮二中间，由此上驱动柔索6100进入变刚度装置3内部，接着向左延伸至变刚度装置左侧上滑轮3106上方，绕过变刚度装置左侧上滑轮3106后从变刚度装置左侧上滑轮3106下方延伸到变刚度装置右侧上滑轮3112下方，绕过变刚度装置右侧上滑轮3112后从变刚度装置右侧上滑轮3112上方向左延伸到壳体上部三滑轮组3109中滑轮二与滑轮三中间，上驱动柔索6100由此穿出变刚度装置3，向上接入卷筒机构4。

进一步详细说，当上驱动柔索6100在喷涂过程中拉力过大，上驱动柔索6100会同时向变刚度装置左侧上滑轮3106和变刚度装置上滑轮(右)3111施加压力，变刚度装置左侧上滑轮3106和变刚度装置上滑轮(右)3111分别克服变刚度装置左侧上弹簧3108和变刚度装置右侧上弹簧3111的弹力，变刚度装置上滑轮(左)3106和变刚度装置右侧上滑轮3112通过滑轮轴在滑槽3103上相向运动一段距离，通过上下滑轮连接板3104带动变刚度装置左侧下滑轮3102克服变刚度装置左侧下弹簧3101弹力向下运动，直至上驱动柔索6100对变刚度装置中两个上滑轮施加的力等于变刚度装置两个上弹簧和两个变刚度装置下弹簧分别对两个变刚度装置上滑轮和两个变刚度装置下滑轮施加的力的合力，此时上驱动柔索6100在变刚度装置中的长度缩短了变刚度装置左侧上滑轮3106在壳体内部移动距离的四倍，从而达到非常好的变刚度效果，并且可以采用不同刚度的弹簧来获取不同的可调刚度范围。

结合图5，卷筒装置包括底板4101、拉绳位移传感器4102、卷筒4103、卷筒花键轴4104。卷筒4103与卷筒花键轴4104相连，安装在底板4101上，拉绳位移传感器4102安装在卷筒花键轴4104一端，用于检测柔索长度的变化量。上驱动柔索6100缠绕在卷筒4103上，一端向下穿入变刚度装置壳体上三滑轮组3109中。上驱动柔索6100的四个卷筒机构4呈对角线分布在可调式辅助运动平台内板2106上。下驱动柔索6200的四个卷筒机构分别在型材支柱1201下方的移动式基座主体1101内。

进一步说，将上驱动柔索在卷筒上的出索点设置为点A，并且点A是沿着卷筒轴线方向随时间变化的，将柔索从变刚度装置壳体上部三滑轮组的入索点设置为B，点B位置始终保持不动，则卷筒在收放柔索时，每转动一圈，柔索与卷筒的分离点便会沿着卷筒轴线方向移动一个导程，使得柔索产生偏移；由于柔索在卷筒轴向偏移角度的不同，柔索便会以点B为中心，沿着卷筒轴向来回摆动，致使卷筒在每个旋转单位周期内经过B点的长度不一致，故会影响柔索运动的精度；

将柔索在卷筒上的出索点与B点距离最小的出索点设置为A₁，本发明中点A₁为卷筒轴向长度的中点，距离最大的出索点设置为A₂，故柔索在收放过程中L_AB的长度随着时间t始终在变化，变化范围是

设置柔索直径为d，卷筒直径为D，卷筒的轴向长度为L，设置柔索在卷筒轴线方向上的移动速度为V，单位：m/s，设置柔索收放速度为V₁，即卷筒的转动速度，单位为r/min，则

在柔索出索点从A₁变化到A₂的过程中，

则L_AB在t时刻相对于初始时刻即柔索从点A₁分离卷筒，产生的长度误差为：

其中t的范围是

V是柔索在卷筒轴线方向上的移动速度，

其中，D是卷筒直径，V₁是卷筒转动速度，

是卷筒轴线的中点与变刚度装置的连接点之间的距离，是不变的，t的范围是

d为柔索直径；

这时柔索长度变化的误差函数ΔL_AB是随着时间单调递增的连续有界函数，故本发明将柔索产生的长度误差通过改变卷筒直径来平衡，将常规的以长度为L的直线为母线的圆柱体卷筒设计为以r为半径的柱体，本机构中的B点始终位于A₁的垂直下方，故卷筒设计为两边对称。

结合图1b，1c,图6a，6b，6c，6d，多齿轮组复合驱动机构5包括齿轮箱5100、一组正齿轮组5200、四组同步器5300、四组锥齿轮组5400；齿轮箱5100通过螺钉固定安装在可调式辅助运动平台内板2106上方；正齿轮组5200包括四个从动正齿轮5201和一个主动正齿轮5202以及电机安置架5203、驱动电机5204、减速器5205、联轴器5206，驱动电机5204和减速器5205安装在电机安置架5203上，通过联轴器5206与主动正齿轮5202连接，主动正齿轮5202同时与四个从动正齿轮5201啮合；

结合图6b、6c，其中，一组同步器5300包括上电磁铁箱5301、电磁铁吸盘5302、接合套移动杆滑块5303、电磁铁弹簧5304、接合套移动板5305、接合套移动杆5306、下电磁铁箱5307、同步器接合套5308、同步环5309、花键毂5310；同步器接合套5308与花键毂5310通过花键连接，两者保持同步转动；接合套移动板5305套在同步器接合套5308凹槽中，带动同步器接合套5308在花键毂5310上上下移动，接合套移动板5305一端固定连接有接合套移动杆5306，接合套移动杆5306两端各有一个接合套移动杆滑块5303；电磁铁箱有上下两个，上电磁铁箱5301上平面与齿轮箱5100上平板接合，下电磁铁箱5307底面与齿轮箱5100底板接合，电磁铁吸盘5302、接合套移动杆滑块5303和电磁铁弹簧5304均位于电磁铁箱内部，电磁铁吸盘5302安装在上电磁铁箱5301上部，电磁铁弹簧5304一端固定在电磁铁箱体上，一端固定在接合套移动杆滑块5303内部，下电磁铁箱5307中电磁铁吸盘5302与电磁铁弹簧5304的位置与上电磁铁箱5301中相反。

进一步详细说，当位于上电磁铁箱5301上部的电磁铁吸盘5302通电时，上电磁铁箱5301中的接合套移动杆滑块5303克服电磁铁弹簧5304的弹簧力向上运动，通过接合套移动杆5306和接合套移动板5305带动同步器接合套5308在花键毂5310上向上运动，通过同步环5309和同步锥面5404与锥齿轮二5405结合；当位于下电磁铁箱5307底部的电磁铁吸盘5302通电时，下电磁铁箱5307中的接合套移动杆滑块5303克服电磁铁弹簧5304的弹簧力向下运动，通过接合套移动杆5306和接合套移动板5305带动同步器接合套5308在花键毂5310上向下运动，通过同步环5309和同步锥面5404与锥齿轮一5401结合；当位于上电磁铁箱5301上部的电磁铁吸盘5302和位于下电磁铁箱5307底部的电磁铁吸盘5302同时断电时，通过上下两个电磁铁弹簧让同步器接合套5308保持在锥齿轮一5401和锥齿轮二5405中间。

结合图6d，其中，锥齿轮组5400包括锥齿轮一5401、电磁制动器5402、锥齿轮三5403、同步锥面5404、锥齿轮二5405；锥齿轮一5401和锥齿轮二5405与花键毂5310松动式连接，安装在花键毂5310的两端，且锥齿轮一5401、锥齿轮二5405内侧均固定接合同步锥面5404，用于同步锥齿轮一5401或锥齿轮二5405与同步器接合套5308的转动；电磁制动器5303与锥齿轮三5403共轴，可根据指令通电或断电以此来控制锥齿轮三5403的转动和制动，锥齿轮三5404同时与锥齿轮一5401、锥齿轮二5405啮合。

进一步详细说，多齿轮组复合驱动机构5中驱动电机5204连接减速器5205后又通过联轴器5206与主动正齿轮5202连接，将驱动电机5204的运动传递到底部齿轮组5200，中心正齿轮5202通过同时与四个从动正齿轮5201的啮合来带动四个从动正齿轮5201转动，每个从动正齿轮5201通过键安装在花键毂5310底端，与锥齿轮一5401、锥齿轮二5405共轴，故花键毂5310随着从动正齿轮5201转动，同步器接合套5308也随着花键毂5310转动；

当上驱动柔索6100在喷涂过程中其对应的卷筒机构4需要正转时，即柔索需要伸长，电磁制动器5402断电，位于上电磁铁箱5301上部的电磁铁吸盘5302通电，移动杆滑块5303克服电磁铁弹簧5304的拉力向电磁铁吸盘5302方向运动，即向上运动，通过接合套移动杆5306和接合套移动板5305带动同步器接合套5308在花键毂5310上向上移动，通过同步环5309和同步锥面5403与锥齿轮二5405结合，此时锥齿轮二5405随着同步器接合套5308和花键毂5310一起同步转动，锥齿轮三5403通过与锥齿轮二5405的啮合也同步转动，从而带动与锥齿轮三5403共轴的卷筒机构4正转，实现柔索的伸长。此时锥齿轮一5401通过和锥齿轮三5403的啮合也转动，且与锥齿轮二5405转向相反，但因为锥齿轮一5401与花键毂5310是松动式连接，故锥齿轮一5401只是在轴上空转；

当上驱动柔索6100在喷涂过程中其对应的卷筒机构4需要反转时，即柔索需要收缩，电磁制动器5402断电，位于下电磁铁箱5307底部的电磁铁吸盘5302通电，移动杆滑块5303克服电磁铁弹簧5304的拉力向电磁铁吸盘5302方向运动，即向下运动，通过接合套移动杆5306和接合套移动板5305带动同步器接合套5308在花键毂5310上向下移动，通过同步环5309和同步锥面5403与锥齿轮一5401结合，此时锥齿轮一5401随着同步器接合套5308和花键毂5310一起同步转动，锥齿轮三5402通过与锥齿轮一5401的啮合也同步转动，从而带动与锥齿轮三5402共轴的卷筒机构4反转，实现柔索的收缩。此时锥齿轮二5405通过和锥齿轮三5404的啮合也转动，且与锥齿轮一5401转向相反，因为锥齿轮二5405与花键毂5410是松动式连接，故锥齿轮二5405只是在轴上空转；

当上驱动柔索6100在喷涂过程中其对应的卷筒机构4需要停止转动时，即柔索保持不动，位于上电磁铁箱5301上部的电磁铁吸盘5302和位于下电磁铁箱5307底部的电磁铁吸盘5302断电，通过上下两个电磁铁弹簧让同步器接合套5308保持在锥齿轮一5401和锥齿轮二5405中间，既不与锥齿轮一5401结合，也不与锥齿轮二5405结合，同时电磁制动器5402通电，锥齿轮三5403制动，锥齿轮一5401锥齿轮二5405均保持制动状态，此时卷筒机构4不再转动，实现柔索的制动。

柔索驱动机构6包括对称分布的8根柔索，包括上驱动柔索6100和下驱动柔索6200，每根柔索上都安装有拉力传感器6300，用于检测喷涂过程中柔索上拉力变化。

其中，上驱动柔索6100一端与外框架移动式基座主体1101固定连接，接着向上绕过固定在型材立柱顶部的定滑轮机构1206后向外框架1内侧延伸，穿过固定于可调式辅助运动平台外框架2102上的张紧滑轮2101，绕至变刚度装置壳体3110上的导向滑轮3107，向右延伸至壳体上部三滑轮组3109中滑轮一与滑轮二中间，由此上驱动柔索6100进入变刚度装置3内部，在变刚度装置壳体3110内部依次绕过变刚度装置左侧上滑轮3106和变刚度装置右侧上滑轮3112后从壳体上部三滑轮组3109中滑轮二与滑轮三中间穿出，上驱动柔索6100由此穿出变刚度装置3，向上接入卷筒机构4，缠绕在卷筒4103上；

其中，下驱动柔索6200一端连接位于移动式基座主体1101内部的卷筒机构和变刚度装置，接着向上绕过位于型材立柱1201侧面同步带1203上移动式滑轮1205，接着向回转运动平台2200方向延伸，穿过回转运动平台下驱动柔索过渡滑轮2107，最后连接到回转运动平台下驱动柔索滑轮2206上。

参见图7，本发明的喷涂机器人控制装置包括复合驱动喷涂机器人、驱动控制器、传感器、主控工控机、测量工控机、通信装置和可编程逻辑控制器，主控工控机通过通信装置与可编程逻辑控制器连接，驱动控制器的输出端与复合驱动喷涂机器人连接，复合驱动喷涂机器人通过传感器与测量工控机连接，测量工控机通过通信装置与主控工控机连接。

所述的传感器测得喷涂机器人所需的信号，并将信号传送到测量工控机，测量工控机实时处理测量数据并通过通信装置把测量数据发送给主控工控机，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，形成控制误差信号通过通信装置传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器对控制指令进行分析，计算出控制信号下发给驱动控制器，驱动控制器驱动各个机构进行运动，进而形成一个大的闭环传递过程。

参见图8，本发明所述的一种基于多齿轮组复合驱动机构的喷涂机器人的运动控制方法，按如下步骤进行：

步骤一：系统初始化，检查各驱动电机是否回复到初始位置，各个传感器是否复位；

步骤二：视觉传感器1202开始工作，摄像头对准运动平台，获取当前待喷工件三维投影视图，测量工控机确定当前工件的位置参数，通过通信装置输入控制系统主控工控机中，经过分析计算，可编程逻辑控制器向万向轮驱动电机1107发出指令，万向轮1109带动移动式基座1100和驱动绳调整模块1200移至可容纳当前工件工作空间的指定位置后，万向轮升降电机1103驱动万向轮升降滚珠丝杠1105带动万向轮驱动电机支架1106向上升起，移动基座主体内固定支撑板打开，移动式基座位置固定；

步骤三：根据当前待喷涂工件的形状姿态参数，可编程逻辑控制器向同步带驱动电机发送指令，同步带1203上的移动式滑轮1205随着同步带1203运行至初始高度，确保喷涂过程中下驱动柔索在工作空间内不会与当前待喷工件发生干涉；

同时外部调节机构驱动电机2108接受指令，通过驱动辅助运动平台滚珠丝杠2110转动来调节可调式辅助运动平台外框架2102整体尺寸，避免可调式辅助运动平台2100在喷涂过程中与当前待喷工件发生干涉；

步骤四：在完成准备步骤后该机构开始喷涂，每组下驱动柔索驱动电机接受来自可编程逻辑控制器的指令后，带动下驱动柔索伸缩，从而控制回转运动平台2200运动。同时回转运动平台2200的运动也受到液压推杆2007的驱动；

上驱动柔索驱动电机5204接收转动指令，上驱动柔索要伸长指定长度时，电磁制动器5402断电，同步器中的位于上电磁铁箱5301上部的电磁铁吸盘5302通电，驱动同步器接合套5308向上运动与锥齿轮二5405结合，通过锥齿轮二5405和锥齿轮三5403的啮合带动卷筒机构4正转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器4102测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘5302断电，电磁制动器5402通电，使卷筒停止转动；

当上驱动柔索要收缩指定长度时，电磁制动器5402断电，同步器中的位于下电磁铁箱5307下部的电磁铁吸盘5302通电，驱动同步器接合套5308向下运动与锥齿轮一5401结合，通过锥齿轮一5401和锥齿轮三5403的啮合带动卷筒机构4反转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器4102测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘5302断电，电磁制动器5402通电，使卷筒停止转动，通过柔索的收放控制运动平台2运动，从而控制喷枪2203的运动；

步骤五:喷涂过程中喷枪2203处距离传感器2204工作，实时测量喷枪2203与当前待喷工件的最小距离并将信号传送到测量工控机，接着可编程逻辑控制器经过分析计算向液压推杆2209马达发出指令，在液压推杆下端的长度传感器2208检测下改变液压伸缩杆指定长度，保证待喷工件始终与喷枪2203保持安全距离；

步骤六：实现无干涉、低成本、高精度喷涂，喷涂完成。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，凡在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，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：包括有外框架、运动平台、变刚度装置、卷筒机构、多齿轮组复合驱动机构、柔索驱动机构；

外框架包括移动式基座和下驱动柔索调整模块，移动式基座与下驱动柔索调整模块配合安装，四组移动式基座与下驱动柔索调整模块共同围成一个操作空间，操作空间的中心位置上通过柔索驱动机构悬吊有可升降的运动平台，所述运动平台包括有可调式辅助运动平台和回转运动平台，所述回转运动平台位于可调式运行平台的下方，且通过液压推杆和柔索驱动机构连接固定，所述可调式辅助运动平台上设置有用于驱动柔索驱动机构的且相互配合作用的变刚度装置、卷筒机构以及多齿轮组复合驱动机构；所述多齿轮组复合驱动机构将一个伺服电机的运动传递到四个绕有柔索的卷筒机构上，从而实现四根不同驱动柔索在同时刻的不同收放任务，所述变刚度装置用对称布置安装在卷筒机构支撑板下平面上，柔索驱动机构根据指令通过多齿轮组传动机构驱动可调式辅助运动平台，且通过驱动柔索机构以及液压推杆根据指令协调驱动回转运动平台，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合，实现机械、电气、液压一体化，能够有效控制喷涂机器人运行参数，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现大空间、无干涉的运动输出；

所述的多齿轮组复合驱动机构包括齿轮箱，所述齿轮箱内安装有一个正齿轮组、四个锥齿轮组、四组同步器，所述正齿轮组包括位于中心位置的主动正齿轮，所述主动正齿轮的圆周方向上均布有与其啮合传动的四个从动正齿轮，所述主动正齿轮的转动通过其上方的伺服电机驱动，四个锥齿轮组和四组同步器对应配合使用，其中每组锥齿轮组分别包括三个锥齿轮、电磁制动器，每组同步器分别包括有一根花键毂、电磁铁装置，所述花键毂底端安装有从动正齿轮，然后向上依次是锥齿轮一、同步器接合套、锥齿轮二，锥齿轮一、锥齿轮二同时与锥齿轮三啮合，同步器接合套通过花键与花键毂结合，位于锥齿轮一和锥齿轮二中间位置，随着花键毂一起转动的同时通过控制电磁铁吸盘通断电可以在花键轴上做往返运动，可分别与两端的锥齿轮一、锥齿轮二结合；当同步器与锥齿轮一结合时，锥齿轮三正转从而带动与之相连的卷筒机构正转；当同步器接合套与锥齿轮二结合时，锥齿轮三反转，从而带动与之相连的卷筒机构反转，实现将一个驱动电机的转动通过多齿轮组复合驱动机构传递到四个卷筒装置，从而控制同一时刻四根上驱动柔索的不同伸缩；

还包括有外部传感系统，所述的外部传感系统包括有拉力传感器、拉绳位移传感器、长度传感器和视觉传感器、转角传感器、陀螺仪传感器、接近传感器，所述的拉力传感器分别设置在每根下驱动柔索和上驱动柔索上；所述的拉绳位移传感器为编码器，设置在卷筒轴的一端，测量柔索的伸缩量；所述的视觉传感器安装在外框架型材立柱上端端部侧面，摄像头朝向运动平台；所述的长度传感器安装在液压推杆上，用于测量液压推杆的长度；所述的转角传感器安装在回转平台转轴上，用于测量回转运动平台相对于回转平台转轴转角；所述的陀螺仪传感器安装在回转运动平台壳体内部，保持喷枪在喷涂过程中的稳定性；距离传感器安装在喷枪的端部，用于测量喷枪与当前待喷工件的距离。

2.根据权利要求1所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述的移动式基座分别包括有移动基座主体和升降式移动轮框架，所述移动基座主体四周分别安装有固定支撑板，所述升降式移动轮框架的顶部固定安装在移动基座主体的底部，所述升降式移动轮框架内安装有可导向移动的万向轮驱动电机支架，所述万向轮驱动电机支架上固定安装有万向轮驱动电机，所述万向轮驱动电机的输出轴端安装有万向轮，所述万向轮驱动电机支架的升降通过万向轮升降滚珠丝杠螺母带动，且通过万向轮升降滑柱导向；该机构可实现万向轮的转动驱动移动式基座的运动，并可以完成万向轮的升降，使其离开地面，从而在机器人不需要运动时提供更好的稳定性。

3.根据权利要求2所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述的下驱动柔索调整模块包括有型材支柱，所述型材支柱上端端部的侧面安装有工业相机作为视觉传感器，摄像头朝向回转运动平台，所述型材支柱的顶部安装有用于承载上驱动柔索的定滑轮，所述型材支柱上安装有竖直设置的同步带，且同步带通过上下两个同步带基座固定安装在型材支柱侧面，所述同步带上安装有用于承载下驱动柔索的移动式滑轮，且移动式滑轮随同步带进行上下运动。

4.根据权利要求3所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述的可调式辅助运动平台包括有位于可调式辅助运动平台外框架上端面外侧呈矩形对称分布的张紧滑轮，所述可调式辅助运动平台外框架的底端部安装有呈矩形对称分布的下驱动柔索过渡滑轮，所述可调式辅助运动平台外框架的每个边的中部均从中间断开，且通过其之间的辅助运动平台滚珠丝杆对接调整，所述可调式辅助运动平台外框架在调整中通过径向分布的运动滑轨导向；所述辅助运动平台滚珠丝杆的调节通过外部调节机构驱动电机驱动，且通过外部调节机构滑柱导向，所述可调式辅助运动平台外框架上分别安装有与辅助运动平台滚珠丝杆旋合的辅助运动平台丝杠螺母，且外部调节机构滑柱、辅助运动平台滚珠丝杠、辅助运动平台丝杠螺母和外部调节机构驱动电机均安装在可调式辅助运动平台内部槽位中；

所述液压推杆上端安装在可调式辅助运动平台的复合双向铰链内，下端通过万向节与回转运动平台转轴连接，通过两者的限制在可调式辅助运动平台与回转运动平台之间进行运动的传递，通过外部调节机构驱动电机驱动辅助运动平台滚珠丝杆转动，由辅助运动平台滚珠丝杠带动辅助运动平台丝杠螺母运动且配合滚珠丝杆上下方的外部调节机构滑柱导向，从而实现两个可调式辅助运动平台外框架的相对直线运动，达到调整可调式辅助运动平台大小的目的。

5.根据权利要求4所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述回转运动平台的中部转动安装有回转平台转轴，所述回转平台转轴的上端部通过万向节与液压推杆的底端端部连接，所述回转运动平台的上端面圆周方向上安装有间隔设置的下驱动柔索滑轮，所述下驱动柔索滑轮的底端面安装有回转运动平台壳体，且回转平台转轴的下端部位于回转运动平台壳体内部，所述回转运动平台壳体内安装有陀螺仪传感器，且回转平台转轴的底端还安装有用于测量回转运动平台相对于回转平台转轴转角的转角传感器、喷枪以及距离传感器；

液压推杆长度可控，推杆底部安装有液压推杆长度传感器，测量液压推杆的伸缩距离；通过万向节实现可调式辅助运动平台与回转运动平台的运动串联，对回转运动平台的运动进行约束，进而增大末端的灵活性；回转运动平台盖板上安装有四个回转运动平台下驱动柔索滑轮；喷枪则连接于回转运动平台壳体下端，回转运动平台转轴上安装有转角传感器，测量喷涂过程中回转平台相对于回转平台转轴的转角，回转运动平台壳体内部安装有陀螺仪传感器，保持喷枪在喷涂过程中的稳定性，距离传感器安装在喷枪的端部，用于测量喷枪与当前待喷工件的距离。

6.根据权利要求5所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述的变刚度装置为多个，分别对应固定于可调式辅助运动平台上每个卷筒机构一侧，其包括变刚度装置壳体，所述的变刚度装置壳体呈左右对称分布，整体呈T字型，所述的变刚度装置壳体上开有供滑轮轴穿过的滑槽，以便滑轮可以通过滑轮轴在变刚度装置壳体内部移动，所述滑槽包括有横向滑槽和竖向滑槽，所述横向滑槽内安装有两间隔设置与其内部滑轨导向的滑轮，所述竖向滑槽为并列设置的两个，其内分别安装有与其内部滑轨导向的滑轮，所述横向滑槽的两滑轮以及竖向滑槽的滑轮轴端与变刚度装置壳体之间均通过弹簧弹性连接和弹簧固定连接，滑轮在运动时同时受到柔索和弹簧的力，所述的变刚度装置壳体顶部一侧安装有导向滑轮，所述的变刚度装置壳体上部中心位置开槽，安装有三滑轮组，三滑轮组用于改变上驱动柔索进入变刚度装置的方向；

其上驱动柔索从可调式辅助运动平台上的张紧滑轮下部穿出，绕至变刚度装置壳体上的导向滑轮，向右延伸至变刚度装置壳体上部三滑轮组中滑轮一与滑轮二中间，由此上驱动柔索进入变刚度装置内部，接着向左延伸至变刚度装置左侧上滑轮上方，绕过变刚度装置左侧上滑轮后从变刚度装置左侧上滑轮下方延伸到变刚度装置右侧上滑轮下方，绕过变刚度装置右侧上滑轮后从变刚度装置右侧上滑轮上方向左延伸到变刚度装置壳体上部三滑轮组中滑轮二与滑轮三中间，上驱动柔索由此穿出变刚度装置，向上接入卷筒机构。

7.根据权利要求6所述的基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，其特征在于：所述的卷筒机构分为上驱动柔索卷筒机构和下驱动柔索卷筒机构，下驱动柔索卷筒机构安装在移动式基座主体内，上驱动柔索卷筒机构呈对角线分布在可调式辅助运动平台内板上，包括支撑板、花键轴、卷筒、拉绳位移传感器，花键轴通过轴承架设在支撑板上，卷筒固定在花键轴上，卷筒上缠绕有上驱动柔索；所述的花键轴一端安装有拉绳位移传感器，用于测量柔索长度变化量，上驱动柔索卷筒机构中花键轴的一端连接多齿轮组复合驱动机构中锥齿轮三的转动轴，下驱动柔索卷筒机构中花键轴的一端连接下驱动柔索的驱动电机，下驱动柔索的四个卷筒机构分别在型材支柱下方的移动式基座主体内；

将上驱动柔索在卷筒上的出索点设置为点A，并且点A是沿着卷筒轴线方向随时间变化的，将柔索从变刚度装置壳体上部三滑轮组的入索点设置为B，点B位置始终保持不动，则卷筒在收放柔索时，每转动一圈，柔索与卷筒的分离点便会沿着卷筒轴线方向移动一个导程，使得柔索产生偏移；由于柔索在卷筒轴向偏移角度的不同，柔索便会以点B为中心，沿着卷筒轴向来回摆动，致使卷筒在每个旋转单位周期内经过B点的长度不一致，故会影响柔索运动的精度；

将柔索在卷筒上的出索点与B点距离最小的出索点设置为A₁，点A₁为卷筒轴向长度的中点，距离最大的出索点设置为A₂，故柔索在收放过程中L_AB的长度随着时间t始终在变化，变化范围是

设置柔索直径为d，卷筒直径为D，卷筒的轴向长度为L，设置柔索在卷筒轴线方向上的移动速度为V，单位：m/s，设置柔索收放速度为V₁，即卷筒的转动速度，单位为r/min，则

在柔索出索点从A₁变化到A₂的过程中，

则L_AB在t时刻相对于初始时刻即柔索从点A₁分离卷筒，产生的长度误差为：

其中t的范围是

V是柔索在卷筒轴线方向上的移动速度，

其中，D是卷筒直径，V₁是卷筒转动速度，

是卷筒轴线的中点与变刚度装置的连接点之间的距离，是不变的，t的范围是

d为柔索直径；

这时柔索长度变化的误差函数ΔL_AB是随着时间单调递增的连续有界函数，故将柔索产生的长度误差通过改变卷筒直径来平衡，将常规的以长度为L的直线为母线的圆柱体卷筒设计为以r为半径的柱体，本机构中的B点始终位于A₁的垂直下方，故卷筒设计为两边对称。

8.根据权利要求7所述的基于多齿轮组复合驱动机构的喷涂机器人的运动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：系统初始化，检查各驱动电机是否回复到初始位置，各个传感器是否复位；

步骤二：视觉传感器开始工作，摄像头对准运动平台，获取当前待喷工件三维投影视图，测量工控机确定当前工件的位置参数，通过通信装置输入控制系统主控工控机中，经过分析计算，可编程逻辑控制器向万向轮驱动电机发出指令，万向轮带动移动式基座和下驱动柔索调整模块移至可容纳当前工件工作空间的指定位置后，万向轮升降电机驱动万向轮升降滚珠丝杠带动万向轮驱动电机支架向上升起，移动基座主体内固定支撑板打开，移动式基座位置固定；

步骤三：根据当前待喷涂工件的形状姿态参数，可编程逻辑控制器向同步带驱动电机发送指令，同步带上的移动式滑轮随着同步带运行至初始高度，确保喷涂过程中下驱动柔索在工作空间内不会与当前待喷工件发生干涉；

同时外部调节机构驱动电机接受指令，通过驱动辅助运动平台滚珠丝杠转动来调节可调式辅助运动平台外框架整体尺寸，避免可调式辅助运动平台在喷涂过程中与当前待喷工件发生干涉；

步骤四：在完成准备步骤后该机构开始喷涂，每组下驱动柔索驱动电机接受来自可编程逻辑控制器的指令后，带动下驱动柔索伸缩，从而控制回转运动平台运动，同时回转运动平台的运动也受到液压推杆的驱动；

上驱动柔索的驱动电机接收转动指令，上驱动柔索要伸长指定长度时，电磁制动器断电，同步器中的位于上电磁铁箱上部的电磁铁吸盘通电，驱动同步器接合套向上运动与锥齿轮二结合，通过锥齿轮二和锥齿轮三的啮合带动卷筒机构正转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘断电，电磁制动器通电，使卷筒停止转动；

当上驱动柔索要收缩指定长度时，电磁制动器断电，同步器中的位于下电磁铁箱下部的电磁铁吸盘通电，驱动同步器接合套向下运动与锥齿轮一结合，通过锥齿轮一和锥齿轮三的啮合带动卷筒机构反转，卷筒轴一端的拉绳位移传感器测量柔索变化长度，反馈至主控工控机，达到指定变化长度后，电磁铁吸盘断电，电磁制动器通电，使卷筒停止转动，通过柔索的收放控制运动平台运动，从而控制喷枪的运动；

步骤五:喷涂过程中喷枪处距离传感器工作，实时测量喷枪与当前待喷工件的最小距离并将信号传送到测量工控机，接着可编程逻辑控制器经过分析计算向液压推杆发出指令，在液压推杆下端的长度传感器检测下改变液压伸缩杆指定长度，保证待喷工件始终与喷枪保持安全距离；

步骤六：实现无干涉、低成本、高精度喷涂，喷涂完成。

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