[发明专利]一种转台立柱式五自由度混联喷涂机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械制造设计领域及汽车涂装领域，具体涉及一种工作范围大，具有一定灵活性和柔性的转台立柱式五自由度混联喷涂机器人。 

背景技术

随着我国汽车工业的迅速发展，扩大生产规模、提高汽车产量、提升质量水平，都对汽车涂装技术提出了更高的要求，而机器人喷涂作为汽车涂装生产中的关键环节，已成为提高生产效率，保证生成质量的重要技术手段。机器人喷涂在国外已拥有三十多年的研究和发展历史，发达国家已在汽车生产的行业广泛应用喷涂机器人，在喷涂机器人研发以及喷涂技术研发方面都具有丰富的经验。 

国内喷涂机器人的研制始于上世纪七十年代，起初国内对喷涂机器人的研究大多以对国外喷涂机器人的应用经验为基础，集中于研发周边技术和配套设施以便于更高效的应用喷涂机器人。近年来伴随着国内机械制造业(特别是汽车制造业)的迅速发展，国内许多汽车厂家和制造业公司也正在研发适合自己企业的喷涂机器人。由此展开喷涂机器人机械本体的创新研究和机构的原始创新，对拥有自主知识产权，提高企业竞争力显得尤为重要。 

汽车制造作为制造业发展中的重点，在国家大力扶持下得到了长足的发展，国内汽车产量也在大幅提升，因而对与汽车制造相关的装备和技术提出了更高要求。汽车制造主要由冲压、焊装、涂装、总装四大工艺组成，涂装工艺涉及机械、电气、化工、环保等诸多科技技术，占四大工艺投资额40％以上，是汽车制造业的关键工艺。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，因而对汽车市场竞争力有着最直接的影响。决定喷涂质量最重要的因素是喷涂机器人，喷涂机器人的喷涂质量较人工喷涂和往复机喷涂的效果有明显提升，喷涂效率高，喷涂表面质量稳定，工人劳动条件好，能降低动力消耗，几乎受到了所有规模化企业的涂装线的青睐。喷涂机器人有如下优点： 

1.轨迹灵活，可完成车身内表面和外表面的喷涂任务，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； 

2.柔性大，工作范围大，可现实多规格车型的混线喷涂生产，如轿车、旅行车、皮卡等车身混线喷涂生产； 

3.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； 

4.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％。 

然而，目前我国汽车制造业中大部分还在采用自动喷涂机来完成喷涂作业，现有的自动喷涂机大多存在喷涂效率低、柔性较低、喷涂轨迹单一化、灵活性低、浪费油漆等缺点，已经无法适应当前汽车生产的柔性化的订单生产模式，严重制约了当前汽车工业的发展。虽然，目前已有部分发明专利也提供了一些喷涂机器人的机构形式和实例，但不可否认这些专利所提供的喷涂机器人有部分存在灵活性较差和柔性不足的缺点；而灵活性强、大柔性的喷涂机器人又不可避免出现冗余驱动过多，结构复杂，控制困难等问题。因此，研发新的工作范围大，具有一定灵活性和柔性，结构简单而控制容易的喷涂机器人已显得尤为重要，对提高国家制造业特别是汽车生产行业有着深远意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种转台立柱式五自由度混联喷涂机器人，以便在尽量减小控制难度的前提下，适应涂装生产线对喷涂机器人柔性化、高灵活度和高水平自动化的需求。 

根据本发明的一种转台立柱式五自由度混联喷涂机器人，其特征在于该喷涂机器人包括基础串联运动单元和末端并联喷涂作业单元两个部分，所述基础串联运动单元由机身转动关节、机身升降移动关节、水平转动关节三部分组成，通过所述机身转动关节的转动扩大喷涂机器人在同一水平面内的喷涂范围，通过机身升降移动关节在竖直方向的升降运动扩大机器人在竖直方向的喷涂范围，通过水平转动关节和机身转动关节正交的协调运动调整喷枪在空间范围的姿态，从而适应多种姿态的工件喷涂；所述末端并联喷涂作业单元为三组平行四边形机构所组成的平面并联机构，能够保持并联动平台姿态，所述平面并联机构具有两个移动自由度。 

根据本发明的转台立柱式五自由度混联喷涂机器人，其中所述的机身转动关节的组成关系为：转台通过轴承与底座配合形成周转副，安装于底座上的转台驱动电机通过底座内部的同步带传动系统驱动转台转动，转台连接筒通过螺栓联接，使得下端面与转台紧固，上端面与立柱紧固。