[发明专利]一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置及喷涂方法

权利要求书

1.一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置，其特征在于：包括刚性支架、对拉式驱动组件、末端执行器、刚性弹簧伸缩杆组件、360°旋转接头组件、多色矩形喷枪组件和机电控制系统部分；

所述刚性支架为机器人提供整体支撑，保证机器人具有足够的工作空间和结构刚度，其呈长方体空间框架结构，包括有上部框架、下部框架以及顶部十字万向节；所述对拉式驱动组件为末端执行器提供驱动力，其包括有八根呈上下对称分布的钢丝绳，所述钢丝绳的一端与末端执行器连接，另一端分别绕制在刚性支架下部框架内的伺服电机驱动的绕线器上，所述末端执行器的上端通过刚性弹簧伸缩杆组件与刚性支架的顶部十字万向节连接，所述刚性弹簧伸缩杆组件通过弹簧和伸缩杆实现末端执行器的被动张紧，配合对拉钢丝绳的柔性驱动，实现末端执行器的刚柔耦合运动，增强机器人运动过程中的稳定性，所述360°旋转接头组件为末端执行器增加一个转动自由度，其包括有安装在末端执行器底端的末端旋转接头，所述末端旋转接头的转动通过钢丝绳带动，所述钢丝绳的伸缩通过电机驱动的绕线器驱动，所述末端旋转接头的底端安装有多色矩形喷枪组件；

所述的刚性弹簧伸缩杆组件包括有多节伸缩杆，所述伸缩杆由上到下依次套装，管径依次增大，其第一节伸缩杆固定在顶部十字万向节下方，最后一节伸缩杆固定在伸缩杆底座上，所述伸缩杆两头分别设有卡环，防止伸缩杆在拉伸过程中脱杆，所述伸缩杆底端设有伸缩杆底座，所述伸缩杆底座铰接在底部万向节内环上，所述底部万向节内环转动安装在底部万向节座内，且底部万向节座与末端执行器铰接；所述弹簧位于伸缩杆的外侧，且至少为两根对称分布，其一端分别固定在伸缩杆顶部顶板上的紧固螺栓上，另一端分别固定在伸缩杆底座上的螺栓上；

所述的360°旋转接头组件包括有固定在末端执行器底部中心位置的末端旋转接头、钢丝绳以及滑轮组件，所述滑轮组件包括有滑轮组一、滑轮组二、滑轮组三、滑轮组四、滑轮组五，所述滑轮组一通过螺栓固定在顶部十字万向节的连接圆板上端中心位置，滑轮组二通过螺栓固定在顶部十字万向节的连接圆板的上端面靠近绕线器的一侧，滑轮组三通过螺栓固定在伸缩杆底座上端面，滑轮组四固定在末端执行器的上端面，滑轮组五固定在末端执行器的下端面，所述钢丝绳一端绕过绕线器，所述绕线器安装在电机的输出轴端，所述电机通过电机座固定在其一侧的刚性支架的上部框架上，另一端首先水平绕过滑轮组一，接着绕过滑轮组二后向下穿过连接圆板，接着绕过滑轮组三，接着绕过滑轮组四后向下穿过末端执行器，接着绕过滑轮组五后绕制在末端旋转接头上；

所述的末端旋转接头包括有转盘座、扭簧和绕线转盘，所述转盘座通过螺栓固定在末端执行器底部中心位置上，所述绕线转盘通过转轴安装在转盘座上，所述转轴的上端安装有转轴卡帽，中部开有固定扭簧的通孔，所述转轴上套装有扭簧，所述扭簧通过转轴中部通孔和转盘座限位卡在转盘座内。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置，其特征在于：所述刚性支架的上部框架为由铝合金型材梁通过三角紧固件连接而成的框架，框架的底端部通过平板紧固件安装有用于将驱动空间和运动空间隔绝开的隔离板；所述下部框架作为机构的底部支撑和驱动空间，其为由方钢管焊接而成的框体，位于上部框架的底端，所述下部框架的中部安装有用于固定驱动电机的电机支架；所述顶部十字万向节由顶部万向节座、旋转内环和连接圆板构成，所述顶部万向节座通过圆管杆件连接于刚性支架顶部；所述旋转内环通过转轴安装于顶部万向节内部，连接圆板通过旋转轴安装于中间旋转环内部，并且旋转轴与旋转内环的转轴垂直，所述连接圆板的上面设有两个用于安装定滑轮的螺纹盲孔，下面设有四个用于连接刚性弹簧伸缩杆件的螺纹盲孔。