CN103752448A - 一种多自由度喷涂机器人 - Google Patents

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蔡敢为
丁侃
张�林
石慧
王麾
范雨
关卓怀
王少龙
王小纯
李岩舟
温芳
杨旭娟
周晓蓉
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Guangxi University
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
    • B05B13/0431—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation with spray heads moved by robots or articulated arms, e.g. for applying liquid or other fluent material to 3D-surfaces

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Abstract

本发明公开一种多自由度喷涂机器人，包括腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构、喷枪回转机构、机架及回转平台，机架安装在回转平台上，所有电机可安装在机架上，控制第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆及喷枪基座回转，从而带动腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构及喷枪回转机构在工作空间的回转。本发明杆件可制成轻杆，机构动力学性能好、性能稳定、可靠性好，能满足高速高精度喷涂要求；且工作空间大，灵活度高，控制方便，加工简单，工作可靠，不仅适应于小型普通喷涂作业，还可用于大型或重型结构喷涂作业。

Description

一种多自由度喷涂机器人
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，具体是一种多自由度喷涂机器人。
背景技术
喷涂机器人是一种进行喷涂作业的工业机器人，能够代替人工，环保、高效的完成各种喷涂作业，广泛应用于汽车车身喷涂等领域，已成为市场上应用最多的工业机器人之一。现有的喷涂机器人机械结构主要有平行四边形结构和侧置式或摆式结构两种形式，因其具有相对较大工作空间和较为灵活的动作得到了广泛应用。但这类传统开链式串联喷涂机器人机构随着工业的发展，工作空间和灵活度逐渐难以满足生产的需求，并且因其自身结构的限制，电机都需要安装在连接处，导致手臂重量大、刚性差、惯量大等问题，机构动力学性能差，难以满足日益严格的高速高精度及大型喷涂作业要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多自由度喷涂机器人，解决传统开链式串联喷涂机器人机构工作空间和灵活度不够大，且电机都需要安装在连接处，导致手臂重量大、刚性差、惯量大，机构动力学性能差等问题，满足高速高精度喷涂要求，不仅适应于小型普通喷涂作业，还可用于大型或重型结构喷涂作业。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种多自由度喷涂机器人，包括腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构、喷枪回转机构、机架及回转平台；
所述机架通过第一转动副连接在回转平台上，实现整个机器人工作空间任意灵活运动。
所述腰升降机构包括第一主动杆、第一连杆和腰杆，第一主动杆一端通过第二转动副连接在机架上，另一端通过第三转动副与第一连杆一端相连；第一连杆另一端通过第四转动副与腰杆相连，腰杆一端通过第五转动副安装在机架上；第一主动杆的运动可控制腰杆在平面内的转动。
所述肩升降机构包括第二主动杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和肩杆，第二主动杆一端通过第六转动副连接在机架上，另一端通过第七转动副连接在第二连杆一端上；第二连杆另一端通过第八转动副与第三连杆一端相连；第三连杆另一端通过第五转动副连接到机架，第四连杆一端通过第八转动副与第三连杆相连，另一端通过第九转动副与肩杆相连，肩杆通过第十二转动副安装在腰杆上；所述第二主动杆和第三连杆优选为长度尺寸相等的两杆，从而使第二主动杆的运动同步的专递给第三连杆，使控制简单化，并且减少生产成本。第二主动杆的运动可控制肩杆在平面内的转动。
所述肘回转机构包括第三主动杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和肘杆，第三主动杆一端通过第五转动副连接在机架上，另一端通过第十转动副与第五连杆相连；第五连杆通过第十一转动副连接在第六连杆上，第六连杆通过第十二转动副安装在腰杆上，第六连杆一端通过第十一转动副与第七连杆一端相连，第七连杆另一端通过第十三转动副连接在肘杆上，肘杆通过第十四转动副安装在肩杆上，肘杆另一端通过第十五转动副与第八连杆相连，第八连杆通过第十六转动副连接在第六连杆上，第六连杆通过第十六转动副与第九连杆相连，第九连杆另一端通过第十七转动副与第三主动杆相连；第三主动杆的运动可控制肘杆在平面内的转动。其中，第五连杆和第九连杆优选为长度尺寸相等的两杆，第七连杆和第八连杆优选为长度尺寸相等的两杆。这样对应两连杆相等的长度尺寸，可以保证第三主动杆运动的等速传递，方便控制肘杆的运动且降低生产加工成本。
所述喷枪回转机构包括喷枪基座和喷枪，喷枪基座通过第十八转动副与肘杆相连，喷枪通过铰孔铰接在喷枪基座上。喷枪基座的运动可控制喷枪在空间内的回转。其中电机可安装在喷枪基座上或安装在机架上亦或根据工作要求不安装电机，使喷枪基座固定在肘杆。
通过安装在机架上的电机可分别驱动所述第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆和喷枪基座的回转，从而控制腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构、喷枪回转机构按工作要求的回转，及根据工作需要机架在回转平台的绕轴转动，可实现喷枪在工作空间内的灵活运动，完成喷涂作业。
本发明的突出优点在于：
1、机器人工作空间大，灵活度高；
2、所有电机均可安装在机架上，改善了各杆件的受力情况，机器人运动惯量小，动力学性能好，能较好满足高速高精度喷涂的要求；
3、采用连杆和转动副连接，结构简单，且杆件可做成轻杆易于分解运输及安装，维护保养简单，不仅适用于小型普通喷涂作业，还可用于重型或大型结构喷涂作业。
4、采用优选尺寸后，控制简单。
附图说明
图1为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的结构示意图。
图2为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的腰升降机构结构示意图。
图3为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的肩升降机构结构示意图。
图4为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的肘回转机构结构示意图。
图5为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的喷枪回转机构结构示意图。
图6为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的第三主动杆或第六连杆的结构示意图。
图7为本发明所述一种多自由度喷涂机器人的肘杆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作说明。
对照图1、2、3、4、5，所述一种多自由度喷涂机器人包括：腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构、喷枪回转机构、机架3及回转平台1。所述机架3安装在回转平台1上，实现整个机器人工作空间任意灵活运动。
对照图1、图2，所述机架3通过第一转动副2连接在回转平台1上。
对照图1、图2，所述腰升降机构由第一主动杆5、第一连杆8和腰杆10组成。第一主动杆5通过第二转动副4连接在机架3上，第一主动杆5另一端通过第三转动副7与第一连杆8相连，第一连杆8通过第四转动副9与腰杆10相连，腰杆10一端通过第五转动副34安装在机架3上。第一主动杆5的运动可控制腰杆10在平面内的转动。
对照图1、图3，所述肩升降机构由第二主动杆37、第二连杆33、第三连杆31、第四连杆28及肩杆16组成。第二主动杆37通过第六转动副38连接在机架3上，第二主动杆37另一端通过第七转动副36连接在第二连杆33上，第二连杆33另一端通过第八转动副30与第三连杆31相连，第三连杆31另一端通过第五转动副34连接到机架3。第四连杆28一端通过第八转动副30与第三连杆31相连，第四连杆28另一端通过第九转动副14与肩杆16相连，肩杆16通过第十二转动副12安装在腰杆10上。第二主动杆37的运动可控制肩杆16在平面内的转动。
对照图1、4、6、7，所述肘回转机构由第三主动杆35、第五连杆29、第六连杆27、第七连杆25、第八连杆15、第九连杆11及肘杆22组成。第三主动杆35通过第五转动副34连接在机架3上。第三主动杆35一端通过第十转动副32与第五连杆29相连，第五连杆29通过第十一转动副26连接在第六连杆27上。第六连杆27通过第十二转动副12安装在腰杆10上，第六连杆27一端通过第十一转动副26与第七连杆25相连，第七连杆25另一端通过第十三转动副23连接在肘杆22上。肘杆22通过第十四转动副24安装在肩杆16上。肘杆22另一端通过第十五转动副17与第八连杆15相连，第八连杆15通过第十六转动副13连接在第六连杆27上，第六连杆27通过第十六转动副13与第九连杆11相连，第九连杆11另一端通过第十七转动副6与第三主动杆35相连。第三主动杆35的运动可控制肘杆22在平面内的转动。
对照图1、图5，所述喷枪回转机构由喷枪基座19及喷枪21组成。喷枪基座19通过第十八转动副18与肘杆22相连，喷枪21通过铰孔20铰接在喷枪基座19上。喷枪基座19的运动可控制喷枪21在空间的回转。
通过安装在机架上的电机可分别驱动所述第一主动杆5、第二主动杆37、第三主动杆35和喷枪基座19的回转，从而控制腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构和喷枪回转机构按工作要求的回转，及根据工作需要机架3在回转平台1的绕轴转动，可实现喷枪21在工作空间内的灵活运动，完成喷涂作业。

Claims (2)

1.一种多自由度喷涂机器人，包括腰升降机构、肩升降机构、肘回转机构、喷枪回转机构、机架及回转平台，其特征在于：
所述机架通过第一转动副连接在回转平台上；
所述腰升降机构包括第一主动杆、第一连杆和腰杆，第一主动杆一端通过第二转动副连接在机架上，另一端通过第三转动副与第一连杆一端相连；第一连杆另一端通过第四转动副与腰杆相连，腰杆一端通过第五转动副安装在机架上；
所述肩升降机构包括第二主动杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和肩杆，第二主动杆一端通过第六转动副连接在机架上，另一端通过第七转动副连接在第二连杆一端上；第二连杆另一端通过第八转动副与第三连杆一端相连；第三连杆另一端通过第五转动副连接到机架，第四连杆一端通过第八转动副与第三连杆相连，另一端通过第九转动副与肩杆相连，肩杆通过第十二转动副安装在腰杆上；
所述肘回转机构包括第三主动杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆和肘杆，第三主动杆一端通过第五转动副连接在机架上，另一端通过第十转动副与第五连杆相连；第五连杆通过第十一转动副连接在第六连杆上，第六连杆通过第十二转动副安装在腰杆上，第六连杆一端通过第十一转动副与第七连杆一端相连，第七连杆另一端通过第十三转动副连接在肘杆上，肘杆通过第十四转动副安装在肩杆上，肘杆另一端通过第十五转动副与第八连杆相连，第八连杆通过第十六转动副连接在第六连杆上，第六连杆通过第十六转动副与第九连杆相连，第九连杆另一端通过第十七转动副与第三主动杆相连；
所述喷枪回转机构包括喷枪基座和喷枪，喷枪基座通过第十八转动副与肘杆相连，喷枪通过铰孔铰接在喷枪基座上。
2.根据权利要求1所述的多自由度喷涂机器人，其特征在于：所述第二主动杆和第三连杆为长度尺寸相等的两杆，第五连杆和第九连杆为长度尺寸相等的两杆，第七连杆和第八连杆为长度尺寸相等的两杆。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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