[发明专利]串-并联式喷涂机器人

说明书

本发明公开了一种串‑并联式喷涂机器人，包括移动平台机构和喷涂作业部分。喷涂作业部分和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求。喷涂作业平台和竖直机构部分的连接采用滚珠丝杠直线导轨滑台模组形式。移动平台机构由水平运动机构和竖直运动机构组成，实现两个方向的移动。喷涂作业部分由动平台、滚珠丝杠支链和定平台形成三自由度并联机构。动平台上安装有喷头，滚珠丝杠的四个支链连接动定平台，定平台上安装有四个驱动丝杠转动的电机，动平台与四个支链连接。四个电机单元模块驱动丝杠伸缩，带动动平台实现x方向的移动、绕y、z轴的转动，从而能精确实现喷头姿态调整和喷距控制。

技术领域

本发明公开了一种新型的串-并联式喷涂机器人

背景技术

相较于传统串联机器人，并联机器人在运动精度、速度、刚度、轻量化、动态响应特性、误差控制等方面都有更为优异的性能，因此在对运动轨迹有较高要求的工业领域中，比如对表面不规则件进行喷涂工作，并联机器人具有更好的应用前景。目前市场上或者专利中出现的并联喷涂机器人由于动力源、传动系统的限制，只能对较小范围区域进行喷涂，对于大型表面不规则区域的喷涂，比如车身部件，这些喷涂机器人将难以适应。目前一些方案采用一个大型龙门式的工作台，在工作台上的上下左右各个区域分别放置并联喷涂机器人，每个机器人负责对应一部分车身区域进行喷涂。这种方案可以实现对大型工件的喷涂，但存在工作台庞大、喷涂机器人数量多、总体造价高、柔性差等缺点，而且还需要考虑各机器人交叉区域的喷涂质量等技术问题。

发明内容

基于上述情况，本发明提出一种能实现空间三自由度运动的并联喷涂装置和一个能实现平面两轴大范围位移的移动工作台相结合的方案，工作时通过工作台两方向的长丝杠导轨做大范围位移，并通过三自由度并联装置调整喷头姿态及喷距，使喷头始终垂直于工件表面并保持恒定距离进行喷涂工作，实现对不规则表面任意点的喷涂。

在传动系统上，现有的串联喷涂机器人多采用谐波减速器对电机输出进行速度变换，再通过齿轮齿条、杆组零件等一系列比较长的传动系实现终端预定的轨迹运动，本发明采用伺服电机输出动力到驱动螺母，驱动螺母直接驱动滚珠丝杠的短传动系传动，无需谐波减速器，并且丝杠部分在功能上又是连接喷涂头的连杆，大大简化了结构。由于移动平台可以利用丝杠导轨进行两轴大范围移动，并联机构只需负责喷头的姿态和喷距的调整，运动范围小，故外型尺寸小，重量轻，从而可进一步减小成本，简化传动。

移动平台的设计采用了稳定性、精确性、传动刚度比较好的滚珠丝杠传动，同时同步带、滚珠丝杠直线导轨滑台模组等结构的采用进一步简化了传动机构。

本发明采用的技术方案如下

一种串-并联式喷涂机器人，由能实现平面两自由度大范围位移的移动平台机构和能实现空间三自由度作业的喷涂作业机构组成；所述的喷涂作业机构和移动平台机构相互配合，从而完成整个喷涂过程五个自由度的运动要求；所述的移动平台机构由一个水平运动机构和一个竖直运动机构组成，可以实现喷涂作业机构在水平方向(Y方向)和竖直方向(Z方向)的移动。

所述的喷涂作业机构由一个动平台、四个铰链、四个滚珠丝杠和一个定平台组成；动平台上安装有喷头，四个滚珠丝杠通过四个支链连接动、定平台，动平台与四个支链以球副形式连接，定平台上安装有四个喷涂电机单元；所述的四个喷涂电机单元包括四个喷涂电机，所述的喷涂电机各自驱动一个主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，从动齿轮通过空心轴带动法兰盘旋转，法兰盘带动相应的丝杠螺母旋转，丝杠螺母驱动对应的丝杠伸缩，从而带动动平台实现x方向的移动和绕y、z轴的转动，使喷头能进行空间三个自由度的运动。

进一步的，所述水平运动机构包括一个底座，在所述的底座设有交流伺服电机I，所述的交流伺服电机I通过联轴器与一个水平设置的滚珠丝杠I连接，滚珠丝杠I前后端固定在前后轴承座上，滚珠丝杠I上配有两个前后丝杠螺母I，竖直运动机构的底板和两个丝杠螺母I固定连接，通过交流伺服电机I驱动滚珠丝杠I，丝杠螺母I带动竖直运动机构的底板进行水平方向上的位移。