半圆台形，其母线方向的曲面为有一定曲率的光滑曲面，即为需要喷涂的曲面。整个机构通过第一喷涂模块3、第二喷涂模块5和运动平台6的运动相结合实现五自由度喷涂作业。
[0022]本实施例中，所述第一喷涂模块3和第二喷涂模块5在结构上完全相同，以第一喷涂模块3的具体结构为例对喷涂模块的结构进行说明。如图3所示，第一喷涂模块3由滑轨、平面六副机构和伸缩支链组成，形成空间混联机构，实现喷涂作业时的三个移动自由度和两个转动自由度。上述滑轨301由驱动器(图中未画出)驱动可以带动整个喷涂模块3沿导轨相对于第一三角机架2和第二三角机架4进行平移运动，为喷涂模块提供一个平移运动的自由度。如图3、4所示，上述平面六副机构包括第一滑块303、第二滑块304、第一连杆305、第二连杆306、第三连杆307以及分别安装在两个滑块上的两个驱动器(图中未画出)和安装在第一连杆305 —端的第一驱动电机302。上述滑块与导轨间通过移动副相互连接，连杆与连杆、连杆与滑块之间通过转动副相互连接，具有两个平动自由度和一个转动自由度。三个连杆和两个滑块组成并联机构，通过第三连杆307带动喷头在平面内三自由度的运动。喷涂模块3通过滑轨301与第一三角机架2和第二三角机架4相连接。上述平面六副机构通过安装在第一滑块303、第二滑块304的驱动器(图中未画出)和安装在第一连杆305 —端的第一驱动电机302驱动，分别控制第一滑块303、第二滑块304的平移运动和第一连杆305的旋转运动，从而控制平面六副机构在平面内完成两移一转的三自由度运动。
[0023]在上述每个平面六副机构的基础上，引入了一个伸缩支链，喷涂模块增加了一个转动自由度。如图3、5所示，上述伸缩支链由伸缩套筒309、伸缩杆310、喷头311和第二驱动电机308组成。如图3、5所示，伸缩套筒309为中空圆柱状结构，伸缩杆310为圆柱状结构。伸缩套筒309 —端通过转动副连接在第三连杆307中间设置的分支3071上，另一端通过移动副与伸缩杆310的一端连接，伸缩杆310的另一端通过转动副与喷头311中部设置的分支3111相连。通过第二驱动电机308控制伸缩套筒309与伸缩杆310之间的伸缩运动，从而控制喷头311绕第三连杆分支3071完成转动，控制喷涂的空间姿态。
[0024]本实施例的工作原理是上述第一滑块303、第二滑块304，第一连杆305、第二连杆306、第三连杆307构成平面六副机构，通过第一滑块303、第二滑块304上的驱动器(图中未画出)和第一驱动电机302分别驱动第一滑块303、第二滑块304的移动和第一连杆305的转动，从而带动第三连杆307的转动和平移，控制整个机构在平面内实现两移一转三个自由度。上述平面六副机构通过滑轨301连接在第一三角机架2和第二三角机架4上，可以在滑轨301上的驱动器(图中未画出)驱动下整体沿第一三角机架2和第二三角机架4实现平移运动。伸缩支链通过转动副连接在第三连杆分支3071上，通过第二驱动电机308驱动，控制伸缩套筒309和伸缩杆310之间的伸缩运动，从而控制喷头311的摆动。整个喷涂模块带动喷头能实现在空间内三个移动自由度和两个转动自由度的喷涂作业。
[0025]在工作时，第一喷涂模块3和第二喷涂模块5对称布置在第一三角机架2和第二三角机架4上，本身可以实现空间五自由度喷涂作业；大型待喷涂工件7可以随运动平台6 一起沿着底座1上的导轨在与滑轨平行的方向上运动，必要情况下可以辅助平面六副机构在滑轨方向实现更大的喷涂空间。在喷涂作业中，由运动平台6和喷涂模块一起联合作业，实现三个移动自由度和两个转动自由度的喷涂作业。由于大型待喷涂工件7待喷涂曲面为变曲率曲面，随着大型待喷涂工件7喷涂位置的变化，需要不断调整喷涂的位置和姿态。嗔涂机构通过平移运动控制嗔涂的位置，保证嗔头311末端与大型待嗔涂工件7待嗔涂曲面之间的固定距离；通过旋转运动控制喷涂的姿态，始终保证喷头311与待喷涂曲面垂直，从而保证喷涂作业中的稳定性和均匀性，实现对大型待喷涂工件7曲面的高质量喷涂作业。
【主权项】
1.一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(1)、运动平台(6)、机架以及结构完全相同的第一喷涂模块(3)和第二喷涂模块(5)，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(2)和第二三角机架(4)，两个三角形机架平行固定安装在底座(1)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，两个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(301)、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(301)上；所述平面六副并联机构包括第一滑块(303)、第二滑块(304)、第一连杆(305)、第二连杆(306)和第三连杆(307);第一滑块(303)、第二滑块(304)和滑轨(301)之间分别通过移动副相互连接，第一滑块(303)与第一连杆(305)通过转动副相互连接，第二滑块(304)与第二连杆(306)通过转动副相互连接，第一连杆(305)与第三连杆(307)通过转动副相互连接，第二连杆(306)与第三连杆(307)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。2.根据权利要求1所述的一种适用于大型曲面喷涂的五自由度混联装置，其特征在于:底座上安装有底座导轨，运动平台沿导轨移动。
【专利摘要】一种适用于大型曲面喷涂的五自由度混联装置，属于机械制造领域。该机构包括底座、三角固定机架、运动平台和喷涂模块，两个完全相同的三角机架一前一后固定在底座上，运动平台能够沿底座上的导轨实现平动；两个结构相同的喷涂模块均能单独实现五自由度运动，对称安装在三角机架上。每个喷涂模块包括一个滑轨、一个平面六副并联机构和一个伸缩机构，形成一个空间混联机构，通过五个伺服电机驱动位于机构末端的喷枪运动，实现三个移动自由度和两个转动自由度。运动平台与喷涂模块的运动相结合，可使该混联机构更好地实现大工作空间的喷涂作业。本喷涂装置具有结构对称、高灵活度及较高刚度，易于制造，方便控制，容易实现模块化等特点。
【IPC分类】B05B13/04
【公开号】CN105413921
【申请号】CN201510732222
【发明人】吴军, 王立平, 高颖, 李铁民, 陈晓磊
【申请人】清华大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月2日