一种轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的制作方法

本发明涉及机械领域，具体是一种轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人。

背景技术：

自从20世纪80年代以来，人们一直希望减少机器人运动件的质量来改善其动态性能，并取得了可喜的成果。但这些工作都是围绕减轻机器人杆件质量展开。而安装在串联机器人关节处的电机、减速器实际上对机器人动态性能影响很大。而且，为了保证电机输出大功率，其输出转速很高，就需要大传动比的减速器将其减速到适合机器人工作的速度。而研制体积小、质量轻的大传动比减速器也是我国机器人行业遇到的比较棘手的问题。目前，国产机器人用电机和减速器与国际先进水平的机器人用电机、减速器的差距之一，就是质量(重量)和体积大，这会导致机器人的转动惯量大、机器人动态性能不佳、易产生较大振动等问题。如果电机、减速器能够安装在机架上，不是安装在关节处随机械臂运动，则没有转动惯量大所带来的各种问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人，包括第二支撑杆、第三支撑杆、第四支撑杆、第二大臂、第三大臂、第二主动杆、第三主动杆、第四主动杆、第二初级从动杆、第三初级从动杆、第四初级从动杆、第二初级滑套、第三初级滑套、第四初级滑套、第二次级从动杆、第三次级从动杆、第四次级从动杆、第二三角件、第三三角件、第四三角件、第五三角件、第二三级从动杆、第三三级从动杆、第二次级滑套、第三次级滑套、第二末级从动杆、第三末级从动杆、第一连接块、第二连接块、第一末级滑套、第二末级滑套、第三末级滑套、第八末级滑套、第一导杆、第一连杆、第二连杆、第四连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、小臂、机架、执行器和转轴，

具体结构以及连接关系如下：

第二初级滑套套装在第二支撑杆上，

第二次级滑套套装在第二大臂上，

第二支撑杆下端固定在机架上，

第二支撑杆上端通过转动副二同时与第二三角件第一角以及第二大臂一端连接，

第二大臂的中部通过转动副四十一连接在转轴上，

第二大臂另一端通过转动副十连接在第一连接块上；

第二主动杆一端通过转动副四十三连接在机架上，

第二主动杆另一端通过转动副四十四与第二初级从动杆一端连接，

第二初级从动杆另一端通过转动副四十五连接在第二初级滑套上；

第二次级从动杆一端通过转动副四十六连接在第二初级滑套，

第二次级从动杆另一端通过转动副四十七与第二三角件的第二角连接；

第二三级从动杆一端通过转动副四十八与第二三角件的第三角连接，

第二三级从动杆另一端通过转动副四十九连接在第二次级滑套上；

第三初级滑套套装在第三支撑杆上，

第三次级滑套套装在第三大臂上，

第三支撑杆下端固定在机架上，

第三支撑杆上端通过转动副三同时与第三三角件第一角以及第三大臂一端连接，

第三大臂的中部通过转动副四十二连接在转轴上；

第三主动杆一端通过转动副五十一连接在机架上，

第三主动杆另一端通过转动副五十二与第三初级从动杆一端连接，

第三初级从动杆另一端通过转动副五十三连接在第三初级滑套上；

第三次级从动杆一端通过转动副五十四连接在第三初级滑套，

第三次级从动杆另一端通过转动副五十五第三三角件的第二角连接；

第三三级从动杆一端通过转动副五十六与第三三角件的第三角连接，

第三三级从动杆另一端通过转动副五十七连接在第三次级滑套上，

第四初级滑套套装在第四支撑杆上，

第四支撑杆下端固定在机架上，

第四支撑杆上端通过转动副四与第四三角件第一角连接；

第四主动杆一端通过转动副五十九连接在机架上，

第四主动杆另一端通过转动副六十与第四初级从动杆一端连接，

第四初级从动杆另一端通过转动副六十一连接在第四初级滑套上；

第四次级从动杆一端通过转动副六十二连接在第四初级滑套，

第四次级从动杆另一端通过转动副六十三与第四三角件的第二角连接，

第四三角件的第三角通过转动副六十四连接在转轴上；

小臂一端通过转动副六十五连接在第一连接块上，

小臂另一端固定连接在第二连接块上；

第一导杆下端固定连接在第一连接块上，

第一末级滑套套装在第一导杆上；

第一连杆一端通过转动副十三连接在第一末级滑套上，

第一连杆另一端通过转动副十四与第二连杆一端连接，

第二连杆另一端固定连接在小臂上；

第二末级从动杆一端通过转动副五十连接在在第二次级滑套上；

第二末级从动杆另一端通过转动副六十六连接在第一末级滑套上，

第三末级从动杆一端通过转动副五十八连接在在第三次级滑套上，

第三末级从动杆另一端通过转动副二十五连接在第二末级滑套上；

第二末级滑套和第三末级滑套套装在小臂上，

第二末级滑套与第三末级滑套之间通转动副二十六连接，

第八连杆一端通过转动副二十七连接在第三末级滑套上，

第八连杆另一端通过转动副二十八连接在第八末级滑套上，

第八末级滑套套装在第九连杆上，

第九连杆一端通过转动副二十九连接在第二连接块上，

第九连杆另一端通过转动副三十连接在第十连杆上，

第十一连杆一端通过转动副三十一连接在第八末级滑套上，

第十一连杆另一端通过转动副三十二连接在第十连杆一端，

第十连杆另一端通过转动副三十三连接在第七连杆上，

第七连杆一端连接在执行器上，

第七连杆另一端通过转动副二十与第四连杆一端连接，

第四连杆另一端通过转动副十九连接在第二连接块上。

进一步的，

还包括第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，转动副四十三由第二伺服电机驱动，转动副五十一由第三伺服电机驱动，转动副五十九由第四伺服电机驱动。

进一步的，

所述转动副十三、转动副十四、转动副六十五和转动副十六的转动平面平行于小臂的径向截面。

进一步的，

转动副二、转动副三、转动副四、转动副十、转动副十九、转动副二十、转动副二十五、转动副二十六、转动副二十七、转动副二十八、转动副二十九、转动副三十、转动副三十一、转动副三十二、转动副三十三、转动副四十一、转动副四十二、转动副四十三、转动副四十四、转动副四十五、转动副四十六、转动副四十七、转动副四十八、转动副四十九、转动副五十、转动副五十一、转动副五十二、转动副五十三、转动副五十四、转动副五十五、转动副五十六、转动副五十七、转动副五十八、转动副五十九、转动副六十、转动副六十一、转动副六十二、转动副六十三、转动副六十四、转动副六十五和转动副六十六的转动平面平行于小臂的轴向截面。

进一步的，

所述大臂和小臂同轴装配，第一导杆垂直于小臂，第二连杆垂直于小臂。

进一步的，

所述第二末级滑套与第三末级滑套均为正六面体，开设有轴向圆形通孔；小臂为圆柱杆；第二末级滑套与第三末级滑套通过轴向圆形通孔套装在小臂上。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

本发明实现将全部电机和减速器安装到基座附近的低重心轻量化结构设计，电机和减速器都不随运动杆件做大幅度运动。克服了现有焊接机器人将电机和减速器安装在关节上，所产生的运动惯量大、残余振动明显和高速工作定位精度低等缺点，具有结构可靠性高、稳定性好和成本低等特点。

本发明将两个相互垂直工作面上的两套曲柄滑块机构，通过正方形滑块的两个垂直表面构联到一起，实现了两个相互垂直工作面上的驱动传动。克服了现有大部分连杆机构只能平面驱动传动和空间刚度差等缺点，具有不需要在关节上安装电机和减速器，就实现了空间驱动传动的特点。

本发明实现曲柄滑块机构串联传动，克服了传统四杆传动机构整体刚度低和占用空间大的缺点，具有传动结构紧凑和可靠性高的特点。

本发明通过将两个穿过同一根轴的滑块进行串联，实现滑块自转和滑块滑动的共轴传动。

附图说明

图1为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的整体结构示意图一。

图2为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第二末级从动杆运动的传动链的结构示意图一。

图3为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第二末级从动杆运动的传动链的结构示意图二。

图4为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第三末级从动杆运动的传动链的结构示意图一。

图5为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第三末级从动杆运动的传动链的结构示意图二。

图6为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第四三角件运动的传动链的结构示意图一。

图7为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制第四三角件运动的传动链的结构示意图二。

图8为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的小臂、第一导杆和第二末级从动杆之间的装配机构示意图一。

图9为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的小臂、第一导杆和第二末级从动杆之间的装配机构示意图二。

图10为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的小臂、第一导杆和第二末级从动杆之间的装配机构示意图三。

图11为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制执行器运动的传动链结构示意图一。

图12为本发明所述轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人的控制执行器运动的传动链结构示意图二。

图中：

第二伺服电机2a、第三伺服电机3a、第四伺服电机4a、

第二支撑杆2b、第三支撑杆3b、第四支撑杆4b、

第二大臂2c、第三大臂3c、

第二主动杆2d、第三主动杆3d、第四主动杆4d、

第二初级从动杆2e、第三初级从动杆3e、第四初级从动杆4e、

第二初级滑套2f、第三初级滑套3f、第四初级滑套4f、

第二次级从动杆2g、第三次级从动杆3g、第四次级从动杆4g、

第二三角件2h、第三三角件3h、第四三角件4h、第五三角件5h、

第二三级从动杆2i、第三三级从动杆3i、

第二次级滑套2j、第三次级滑套3j、

第二末级从动杆2k、第三末级从动杆3k、

第一连接块1n、第二连接块2n、

第一末级滑套1p、第二末级滑套2p、第三末级滑套3p、第八末级滑套8p、

第一导杆1q、

第一连杆1、第二连杆2、第四连杆4、第七连杆7、

第八连杆8、第九连杆9、第十连杆10、第十一连杆11、

小臂100、机架99、执行器98、转轴97。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

一种轻量化五自由度可控机构式高速喷涂机器人，包括第二支撑杆2b、第三支撑杆3b、第四支撑杆4b、第二大臂2c、第三大臂3c、第二主动杆2d、第三主动杆3d、第四主动杆4d、第二初级从动杆2e、第三初级从动杆3e、第四初级从动杆4e、第二初级滑套2f、第三初级滑套3f、第四初级滑套4f、第二次级从动杆2g、第三次级从动杆3g、第四次级从动杆4g、第二三角件2h、第三三角件3h、第四三角件4h、第五三角件5h、第二三级从动杆2i、第三三级从动杆3i、第二次级滑套2j、第三次级滑套3j、第二末级从动杆2k、第三末级从动杆3k、第一连接块1n、第二连接块2n、第一末级滑套1p、第二末级滑套2p、第三末级滑套3p、第八末级滑套8p、第一导杆1q、第一连杆1、第二连杆2、第四连杆4、第七连杆7、第八连杆8、第九连杆9、第十连杆10、第十一连杆11、小臂100、机架99、执行器98和转轴97，

具体结构及其连接关系如下：

如图2和3所示：

第二初级滑套2f套装在第二支撑杆2b上，

第二次级滑套2j套装在第二大臂2c上，

第二支撑杆2b下端固定在机架99上，

第二支撑杆2b上端通过转动副二102同时与第二三角件2h第一角以及第二大臂2c一端连接，

第二大臂2c的中部通过转动副四十一141连接在转轴97上，

第二大臂2c另一端通过转动副十110连接在第一连接块1n上；

第二主动杆2d一端通过转动副四十三143连接在机架99上，

第二主动杆2d另一端通过转动副四十四144与第二初级从动杆2e一端连接，

第二初级从动杆2e另一端通过转动副四十五145连接在第二初级滑套2f上；

第二次级从动杆2g一端通过转动副四十六146连接在第二初级滑套2f，

第二次级从动杆2g另一端通过转动副四十七147与第二三角件2h的第二角连接；

第二三级从动杆2i一端通过转动副四十八148与第二三角件2h的第三角连接，

第二三级从动杆2i另一端通过转动副四十九149连接在第二次级滑套2j上；

如图4和5所示：

第三初级滑套3f套装在第三支撑杆3b上，

第三次级滑套3j套装在第三大臂3c上，

第三支撑杆3b下端固定在机架99上，

第三支撑杆3b上端通过转动副三103同时与第三三角件3h第一角以及第三大臂3c一端连接，

第三大臂3c的中部通过转动副四十二142连接在转轴97上；

第三主动杆3d一端通过转动副五十一151连接在机架99上，

第三主动杆3d另一端通过转动副五十二152与第三初级从动杆3e一端连接，

第三初级从动杆3e另一端通过转动副五十三153连接在第三初级滑套3f上；

第三次级从动杆3g一端通过转动副五十四154连接在第三初级滑套3f，

第三次级从动杆3g另一端通过转动副五十五155第三三角件3h的第二角连接；

第三三级从动杆3i一端通过转动副五十六156与第三三角件3h的第三角连接，

第三三级从动杆3i另一端通过转动副五十七157连接在第三次级滑套3j上，

图6和7所示：

第四初级滑套4f套装在第四支撑杆4b上，

第四支撑杆4b下端固定在机架99上，

第四支撑杆4b上端通过转动副四104与第四三角件4h第一角连接；

第四主动杆4d一端通过转动副五十九159连接在机架99上，

第四主动杆4d另一端通过转动副六十160与第四初级从动杆4e一端连接，

第四初级从动杆4e另一端通过转动副六十一161连接在第四初级滑套4f上；

第四次级从动杆4g一端通过转动副六十二162连接在第四初级滑套4f，

第四次级从动杆4g另一端通过转动副六十三163与第四三角件4h的第二角连接，

第四三角件4h的第三角通过转动副六十四164连接在转轴97上；

如图8～10所示：

小臂100一端通过转动副六十五165连接在第一连接块1n上，

小臂100另一端固定连接在第二连接块2n上；

第一导杆1q下端固定连接在第一连接块1n上，

第一末级滑套1p套装在第一导杆1q上；

第一连杆1一端通过转动副十三113连接在第一末级滑套1p上，

第一连杆1另一端通过转动副十四114与第二连杆2一端连接，

第二连杆2另一端固定连接在小臂100上；

第二末级从动杆2k一端通过转动副五十150连接在在第二次级滑套2j上；

第二末级从动杆2k另一端通过转动副六十六166连接在第一末级滑套1p上，

如图11所示：

第三末级从动杆3k一端通过转动副五十八158连接在在第三次级滑套3j上，

第三末级从动杆3k另一端通过转动副二十五125连接在第二末级滑套2p上；

第二末级滑套2p和第三末级滑套3p套装在小臂100上，

第二末级滑套2p与第三末级滑套3p之间通转动副二十六连接，

如图11所示：

第八连杆8一端通过转动副二十七127连接在第三末级滑套3p上，

第八连杆8另一端通过转动副二十八128连接在第八末级滑套8p上，

第八末级滑套8p套装在第九连杆9上，

第九连杆9一端通过转动副二十九连接在第二连接块2n上，

第九连杆9另一端通过转动副三十130连接在第十连杆10上，

第十一连杆11一端通过转动副三十一连接在第八末级滑套8p上，

第十一连杆11另一端通过转动副三十二132连接在第十连杆10一端，

第十连杆10另一端通过转动副三十三133连接在第七连杆7上，

如图12所示：

第七连杆7一端连接在执行器98上，

第七连杆7另一端通过转动副二十120与第四连杆4一端连接，

第四连杆4另一端通过转动副十九119连接在第二连接块2n上。

进一步的，

转动副四十三143由第二伺服电机2a驱动，

转动副五十一151由第三伺服电机3a驱动，

转动副五十九159由第四伺服电机4a驱动。

进一步的，

所述转动副十三113、转动副十四114、转动副六十五165和转动副十六116的转动平面平行于小臂100的径向截面。

进一步的，

转动副二102、转动副三103、转动副四104、转动副十110、转动副十九119、转动副二十120、转动副二十五125、转动副二十六126、转动副二十七、转动副二十八、转动副二十九、转动副三十130、转动副三十一131、转动副三十二132、转动副三十三133、转动副四十一141、转动副四十二142、转动副四十三143、转动副四十四144、转动副四十五145、转动副四十六146、转动副四十七147、转动副四十八148、转动副四十九149、转动副五十150、转动副五十一151、转动副五十二152、转动副五十三153、转动副五十四154、转动副五十五155、转动副五十六156、转动副五十七157、转动副五十八158、转动副五十九159、转动副六十160、转动副六十一161、转动副六十二162、转动副六十三163、转动副六十四164、转动副六十五165和转动副六十六166的转动平面平行于小臂100的轴向截面。

进一步的，

所述大臂97和小臂100同轴装配，

第一导杆1q垂直于小臂100，

第二连杆2垂直于小臂100。

进一步的，

所述第二末级滑套2p与第三末级滑套3p均为正六面体，开设有轴向圆形通孔；

小臂100为圆柱杆；第二末级滑套2p与第三末级滑套3p通过轴向圆形通孔套装在小臂100上。

第二伺服电机通过包括第二主动杆的传动链驱动小臂旋转，小臂通过传动链带动执行器在工作平面上做左右摆动，第三伺服电机通过包括第三主动杆的传动链驱动第二末级滑套在小臂上做前后运动，第二末级滑套通过由第一连杆至第十五连杆构成的传动链传递后驱动执行器做仰角的调整，第四伺服电机通过包括第四主动杆的传动链控制转轴相对于转动副四为中心的抬升高度动作，即控制了执行器的抬升高度。