[发明专利]基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车整车喷涂生产领域的一种模块化组合喷涂机器人。

背景技术

随着现代汽车工业的迅速发展，汽车型号和车体设计的不断调整，国内汽车生产正在向大规模、高质量和低成本的方向发展，汽车车身喷涂是汽车制造中最主要的生产工艺之一，它不仅能够提高汽车产品的耐蚀性，延长汽车使用寿命，它还最直接地体现了汽车外表面颜色、光泽和亮度质量的优劣，是人们对汽车质量最直观的评价，所以它对汽车市场竞争力的有着最直接的影响。在此背景下，传统的手工喷涂已经无法满足大多数整车厂车身涂装的要求，喷涂技术一步步的从手工喷涂、半自动喷枪喷涂发展到了如今的机器人自动喷涂，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。机器人的作用是控制喷枪，使之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离。到目前为止，喷涂机器人已成为国内市场上运用最多的工业机器人之一。

喷涂机器人有如下优点：

◆柔性大，工作范围大，可现实多品种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡等车身混线生产；

◆轨迹灵活，可完成车身喷涂任务，仿形喷涂轨迹精确，提高了涂膜的均匀性，降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料的利用率，对环境保护也起到了一定的作用；

◆易操作和维护，可离线编程，大大缩短现场调试时间，模块化的设计可实现快速安装和更换元器件，极大地缩短维修时间；

◆设备利用率高，往复式自动喷涂机利用率一般仅为40％-60％，而喷涂机器人的利用率可达90％-95％。

喷涂机器人已成为汽车工业喷涂生产线和首选设备，然而由于我国工业机器人技术的局限，自主研发的喷涂机器人往往存在精度不够，控制能力低下的缺点，目前我国大多数汽车涂装生产线仍然在采用自动喷涂机设备，少数企业所采用的自动喷涂机器人大部分都是来自国外的设备制造商，成套引进这些设备不仅价格昂贵，而且维护成本高，一旦设备出现故障，维修周期较长，更甚者有可能在维修期间导致整条生产线的停产，造成企业巨大的资源浪费和财产损失，因此实现自动静电涂装设备的国产化，提高对喷涂机器人的研究水平，打破国外厂商的技术垄断成为当前亟需解决的问题，这对于我国机器人产业以及汽车产业具有重大意义。

另外通过调研发现，现已应用的传统喷涂机器人都是采用仿人手臂的串联机器人，通过对运动轨迹的合理规划完成自动化喷涂作业。但由于我国制造业整体技术水平的限制，至今未能对串联机器人的精度不高问题做出实质性的突破，串联式喷涂机器人的控制相对较复杂，此外国外相关专利还对其在我国的应用进行了种种束缚，所以发明新型的喷涂作业机器人对我国的汽车工业而言是一个迫在眉睫的任务。

而并联机器人是由多个支链构成的闭环机构，相对于传统的串联机器人具有以下优点：结构简单紧凑、刚度高、无误差积累、运动部件质量小、易于实现高速运动、容易实现加工模块化、运动学简单、具有解耦或者部分解耦的特性，解耦运动对机构的运动控制和轨迹规划都有一定意义。这些优点在一定程度上弥补了串联机构的不足。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种方便制造、易于控制的基于平面三自由度并联机构和空间四自由度并联机构的模块化混联组合汽车喷涂机器人。该组合机器人拥有并联机构的优点，更能适应汽车整车的喷涂作业任务，并可对不同形状和规格的汽车整车进行喷涂作业。

本发明提出一种基于三自由度和四自由度并联机构的混联组合汽车喷涂机器人，其包括一个龙门机架和四个喷涂作业模块单元，所述喷涂作业模块单元分别由具有四个支链的空间四自由度并联机器人和具有三个支链的平面三自由度并联机器人组合构成，其中第一喷涂作业模块和第四喷涂作业模块结构相同，分别是对称安装在龙门机架的两个立柱上的空间四自由度并联机器人；第二喷涂作业模块和第三喷涂作业模块结构相同，分别是固接在各自的运动机架上的平面三自由度并联机器人，所述运动机架和龙门机架的上横梁通过移动副连接后可以实现在上横梁导轨上往复水平移动，所述龙门机架可在水平导轨上实现水平移动，通过将龙门机架的水平运动与所述喷涂作业模块单元的运动相结合，可控制各个喷涂模块单元的雾化器喷头的位姿，从而完成对待喷涂汽车的整车喷涂作业。