[发明专利]一种适用于大型曲面喷涂的五自由度混联装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种适用于大型曲面喷涂的混联机构。

背景技术

航天技术已经成为现代科学技术中发展最快的尖端技术之一，而运载火箭作为航天技术的载体，研制大型、大推力运载火箭也成为世界火箭发展的一个必然趋势。我国火箭的运载能力偏低，在新型重型卫星发射市场的竞争中处于劣势，需要开发大型运载火箭。其中，整流罩作为运载火箭的重要组成部分，其隔热保护功能设计至关重要。目前整流罩防热设计有蒙皮和喷涂隔热层两种方法。但现役火箭采用的蒙皮法厚度改变难、轨迹适应性差，不能满足新一代大运载火箭整流罩防热设计的需要，因此必须改用厚度改变灵活、涂层隔热效果好、工艺可靠性高的喷涂隔热层工艺。以大型火箭整流罩喷涂为代表的大型曲面喷涂，对大工作空间、高精度喷涂机构的研发提出了极大的需求。

传统的人工喷涂方式受人工作业限制，喷涂质量差、喷涂周期长而且喷涂环境恶劣；现有的喷涂装备大多采用机械手式的串联结构，由于我国喷涂机器人研发水平相对较低，在总体技术上与国外先进水平还有较大差距。国内自主研发生产的机器人一般工作不够稳定，重复精度低，喷涂质量不理想，导致国内喷涂机器人主要依赖进口，存在价格昂贵、消化难、维修难的问题，因而开发适合于国内生产实际的大工作空间、高精度的喷涂系统非常迫切和必要。

传统的串联机构具有工作空间大、运动分析简单等优势，相对于传统的串联机构，并联机构作为串联机构的重要补充具有简单紧凑、刚度高、负载能力强、模块化程度高、易于实现高速运动等优点。基于串联和并联机构的优点，提出适合于大型曲面喷涂的混联机构，具有广阔的应用前景。

中国专利文献CN103623971A公开了一种基于四自由度喷涂模块的喷涂机构，通过与运动平台的配合可以实现五个自由度的空间喷涂作业。该机构结构简单紧凑，动态性能好，具有较高刚度及柔性，但工作空间受多种奇异位形的限制，对于更大范围、更为复杂的大型曲面喷涂还有待于改进。

发明内容

本发明的目的是为了适应大型曲面类型多、表面曲线形状复杂、喷涂工作空间大、喷涂质量和精度要求高等特点，结合大型曲面喷涂工艺以及并联机器人运动原理，提出一种基于五自由度喷涂模块的混联喷涂装置，该喷涂装置喷涂工作空间大、柔性强，可满足喷涂工艺路径复杂的大型曲面高质量自动喷涂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于大型曲面喷涂的五自由度混联装置，该装置包括底座、运动平台、机架以及结构完全相同的第一喷涂模块和第二喷涂模块，其特征在于：所述的机架采用两个完全相同的第一三角机架和第二三角机架，两个三角形机架平行固定安装在底座上，在每个三角形机架的两个内侧边设有导轨；两个喷涂模块分别安装在两个三角形机架两侧的内侧导轨上，喷涂模块沿着三角机架内侧导轨上下移动；每个喷涂模块包括滑轨、平面六副并联机构和一个伸缩支链，形成具有五个自由度的空间混联机构，平面六副机构安装在滑轨上；所述平面六副并联机构包括第一滑块、第二滑块、第一连杆、第二连杆和第三连杆；第一滑块、第二滑块和滑轨之间分别通过移动副相互连接，第一滑块与第一连杆通过转动副相互连接，第二滑块与第二连杆通过转动副相互连接，第一连杆与第三连杆通过转动副相互连接，第二连杆与第三连杆通过转动副相互连接；伸缩支链连接在平面六副机构的第三连杆上，喷头安装在伸缩支链上。

优选地，底座上安装有底座导轨，运动平台沿导轨移动。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：本发明针对大型曲面类型多、表面曲线形状复杂、喷涂工作空间大、喷涂质量和精度要求高等特点，利用并联机构开发了适用于大型曲面喷涂的装置。本发明的喷涂机构基于一种五自由度的喷涂模块，并引入了混联结构。喷涂模块能够分别实现五个自由度的运动，在运动平台平动的配合下，能够进一步增大导轨方向的喷涂空间，通过控制喷头的位置和姿态，高效高质量地实现五自由度、大工作空间的喷涂作业；本喷涂机构结合了并联机构结构简单紧凑、刚度高、负载能力强、运动部件质量小、易于实现高速运动的特点，能够满足大型曲面喷涂的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的三维结构示意图。

图2为本发明实施例的平面示意图。

图3为本发明实施例的喷涂模块结构示意图。

图4为喷涂模块中平面六副并联机构结构示意图。

图5为喷涂模块中伸缩支链结构示意图