[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

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置及喷涂方法，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；刚性支架为机器人提供整体支撑；对拉式驱动组件为末端执行器提供驱动力，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，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，360°旋转接头组件为末端执行器增加一个转动自由度，其包括有末端旋转接头，末端旋转接头的底端安装有多色矩形喷枪组件，喷枪组件可进行多色喷涂并防止油漆过喷。本发明可以完成三维工件表面多色图案自动喷涂，并实时监测喷涂质量。

技术领域：

本发明涉及喷涂机器人领域，主要涉及一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置及喷涂方法。

背景技术：

喷涂作业广泛应用于卫浴、家具、汽车、船舶、航空航天等领域。传统喷涂作业需工人手持喷涂设备完成作业，具有喷涂效率低、质量不稳定、有害健康等缺点。由于喷涂机器人具有喷涂效率高、质量稳定、油漆利用率高、柔性大、工作范围广等优点，人工喷涂已逐步被机器人喷涂所替代。现阶段喷涂机器人多为刚性串联构型，其运动惯量大、能耗高、工作空间小等缺点限制了在喷涂领域的应用。相较于传统串联机器人，柔索驱动并联机器人通过钢丝绳将驱动电机的动力传递至末端执行器，具有负载大、惯量小、工作空间大、运动速度快等优点，在喷涂领域具有广阔的应用前景。目前喷枪多为空气喷枪和旋杯喷枪，通过空气或静电场将油漆充分雾化，有效解决了单色喷涂的涂层均匀性问题。当待喷图案为多种颜色或特定形状时，需要在工件表面进行手动遮蔽或用薄膜包裹，大大降低了喷涂效率，并且造成资源浪费。

现有柔索并联驱动的喷涂机器人多为悬垂或者对拉式，在高速运动时会造成末端执行器抖动，无法应对精细化喷涂的工艺需求。例如，授权公告号为CN 109395938 B的中国发明专利：一种柔索并联驱动的喷涂机器人机构。该机器人采用八根绳索上下对拉的驱动形式，每根绳索与对应的滚珠丝杠联动，末端采用传统喷枪实施喷涂任务。这种喷涂机器人在沿末端执行器z轴方向无法旋转，并且末端较易抖动，无法应对多种颜色的精细化自动喷涂。再如，申请公开号为CN 111360793 A的中国发明专利：一种柔索驱动混联喷涂机器人机构及其操作方法。同样采用八根绳索对拉的方式驱动末端执行器，可以实现末端喷枪三个平动和两个转动自由度，但是仍然无法实现绕z轴方向的转动，并且无法实现精细化多色自动喷涂。因此研发一款柔性驱动同时具有刚性约束的可进行多色自动化喷涂的并联机器人尤为重要。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置及喷涂方法，可以完成工件表面多色喷涂，并实时监测喷涂质量，尤其是可以完成三维工件表面的彩色图案自动化喷涂，具有较好的喷涂质量稳定性和喷涂色彩多样性，同时具有较高的自动化的程度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种刚柔耦合并联机器人多色喷涂实验装置，包括有刚性支架、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。