专利名称：基于冗余五自由度机构模块的组合喷涂机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车整车喷涂的模块化组合喷涂机器人。
背景技术：
随着现代汽车工业的迅速发展，汽车型号和车体设计的不断调整，国内汽车生产正在向大规模、高质量和低成本的方向发展，汽车车身喷涂是汽车制造中最主要的生产工艺之一，它不仅能够提高汽车产品的耐蚀性，延长汽车使用寿命，它还最直接地体现了汽车外表面颜色、光泽和亮度质量的优劣，是人们对汽车质量最直观的评价，所以它对汽车市场竞争力的有着最直接的影响。在此背景下，传统的手工喷涂已经无法满足大多数整车厂车身涂装的要求，喷涂技术从手工喷涂、半自动喷枪喷涂发展到了如今的机器人自动喷涂，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。机器人的作用是控制喷枪，使之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离。到目前为止，喷涂机器人已成为国内市场上运用最多的工业机器人之一。喷涂机器人成为汽车工业喷涂生产线和首选设备，然而由于我国工业机器人技术的局限，自主研发的喷涂机器人往往存在精度不够，控制能力低下的缺点，目前我国大多数汽车涂装生产线仍然在采用自动喷涂机设备，少数企业所采用的自动喷涂机器人大部分都是来自国外的设备制造商，成套引进这些设备不仅价格昂贵，而且维护成本高，一旦设备出现故障，维修周期较长，更甚者有可能在维修期间导致整条生产线的停产，造成企业巨大的资源浪费和财产损失，因此实现自动静电涂装设备的国产化，提高对喷涂机器人的研究水平，打破国外厂商的技术垄断成为当前亟需解决的问题，这对于我国机器人产业以及汽车产业具有重大意义。喷涂机器人在国内始于上世纪七十年代初，起初国内研究机构对喷涂机器人的研究大多基于对国外喷涂机器人的使用经验的基础上开展，研发周边技术和配套设施以利于更好的应用喷涂机器人。近年来由于国内机械制造业(汽车制造业，工程机械制造业等)的发展和需求，我国的许多汽车厂家和制造业公司也正在开发和研究适合自己的喷涂机器人。通过调研发现，现已应用的传统喷涂机器人都是采用仿人手臂的串联机器人，通过对运动轨迹的合理规划完成自动化喷涂作业。但由于我国制造业整体技术水平的限制，至今未能对串联机器人的精度不高问题做出实质性的突破，串联式喷涂机器人的控制相对较复杂，而且这种串联式机器人由于结构形式单一，很难取得知识产权突破。由此可知，对喷涂机器人本体的创新研究和机构的原始创新，对拥有自主知识产权，提高技术含量和产品竞争力显得尤为重要。
实用新型内容本实用新型的目的是为解决上述技术问题，以适应涂装生产线对喷涂机器人柔性化、灵活度和自动化水平的更高需求，实用新型了一种新的喷涂机器人系统。[0006]本实用新型提供的基于冗余五自由度机构模块化的组合喷涂机器人系统，其特征在于，该系统由2个或2个以上模块化的喷涂机器人单元构成，所述模块化的喷涂机器人单元分别安装在待喷涂汽车的两侧，每个模块化的喷涂机器人单元主体结构是一个空间冗余五自由度的喷涂机构，所述空间冗余五自由度通过一平面两自由度机构安装在行走机架单元上实现；运动拖链安装在拖车导轨上，所述待喷涂汽车整车安装在运动拖链上恒速移动，每组喷涂机器人通过自身独立的竖直导轨跟随待喷涂汽车的移动，完成对待喷涂汽车整车的喷涂作业。根据本实用新型中的组合喷涂机器人系统，所述的平面两自由度机构主要包括底座、固接雾化器的动平台、和连接底座和动平台的三个支链，所述三个支链分别为:第一主支链、第二主支链、第三辅支链，其中每个支链均由若干连杆和若干旋转副组合而成；所述的平面两自由度机构通过底座安装在竖直滑块上，这样就为该机构提供了两个自由度:其中一个为绕底座中心轴线旋转的自由度，另一个是随着竖直滑块在竖直导轨上往复移动的自由度，所述的竖直导轨固接在水平转盘上，水平转盘安装在水平滑块上，这样也为该机构提供了两个自由度:分别是绕着水平转盘的轴线旋转的自由度和沿着水平滑块在水平导轨上移动的自由度，所述待喷涂汽车整车安装在运动拖链上恒速移动提供一个移动自由度，共同组成了所述的空间冗余五自由度结构。本实用新型中提到基于冗余五自由度机构模块的喷涂机器人系统有如下优点:
(I)结构对称，易于制造，成本较低，更容易实现模块化加工；(2)其速度快、灵活性好；(3)相对于串联机构更容易控制，喷涂精度易于保证；(4)工作空间大，在导轨上可实现大范围移动；(5)柔性程度高，可适应不同汽车整车的喷涂作业环境，更可以根据需要增加喷涂作业单元模块。
图1为本实用新型实施例系统整体示意图。图2为本实用新型实施例中喷涂机器人单元示意图。图中:1_待喷涂汽车、2A-喷涂机器人单元A、2B_喷涂机器人单元B、3-拖车导轨4-运动拖链、5-水平导轨、6-水平滑块、7-水平转盘，8-竖直导轨、9-竖直滑块、10-底座、11-第一主支链、12-第二主支链、13-第三辅支链、14-动平台、15-雾化器。
具体实施方式
本实用新型提出的基于冗余五自由度机构模块化的组合喷涂机器人系统，结合附图1-2及实施例详细说明如下:如图1所示的本实用新型的基于冗余五自由度机构模块化的组合喷涂机器人系统示意图，该系统由两个模块化喷涂机器人单元2A和2B构成，并分别安装在待喷涂汽车I的两侧，每组喷涂机器人单元主体结构是一个空间冗余五自由度的喷涂机构。待喷涂汽车I整车安装在运动拖链4上实现恒速移动，运动拖链4位于拖车导轨3之上。每组喷涂机器人通过自身独立导轨跟随待喷涂汽车I的移动，同时完成对待喷涂汽车I整车的喷涂作业。上述模块化的喷涂机器人单元2A(2B)主要为一平面两自由度机构安装在行走机架单元上实现冗余五自由度运动。具体来说:上述的平面两自由度机构主要包括底座10、固接雾化器15的动平台14、和连接底座10和动平台14的三个支链，分别为:第一主支链
11、第二主支链12、第三辅支链13，其中每个支链均包括若干连杆和若干旋转副。该平面两自由度机构通过底座10安装在竖直滑块9上，此为该机构提供了另外两个自由度，其中一个为绕底座10中心轴线旋转的自由度，另一个是随着竖直滑块9在竖直导轨8上往复移动的自由度。所述的竖直导轨8固接在水平转盘7上，水平转盘7安装在水平滑块6上，此为该机构提供了另两个自由度，分别是绕着水平转盘7的轴线的旋转自由度和沿着水平滑块6在水平导轨5上的移动自由度。综上可发现，该喷涂机构拥有包括冗余自由度的五个自由度。如图2所示，每个模块化的喷涂机器人单元(2A;2B)的工作方式为:其包括行走机架单元和喷涂作业模块单元两个部分，所述行走机架单元由水平转盘7、水平滑块6、水平导轨5、竖直导轨8和竖直滑块9组成；其中所述喷涂作业模块单元的底盘10安装在行走机架单元的竖直滑块9上，且随着竖直滑块9在竖直导轨8上能够实现上下往复移动，同时喷涂作业模块单元能绕着自身底盘10的中心轴线实现自转；所述竖直导轨8通过水平转盘7安装在水平滑块6上，一方面绕着转盘7中心轴线自转，另一方面随着水平滑块6在水平导轨5上往复移动；所述行走机架单元为喷涂作业模块单元提供了沿水平导轨5和竖直导轨8的两个移动自由度方向的大范围移动能力，并提供了沿着底盘10中心轴线和水平转盘7中心轴线的两个转动自由度方向的大范围转动能力。仍然如图2所示，第一主支链11、第二主支链12、和第三辅支链13的具体结构组成如下:第一主支链11从底盘10端到动平台14端，依次为连接底盘10和上主动连杆的第一驱动旋转副、上主动连杆、连接上主动连杆和上随动连杆的第一旋转副、上随动连杆、连接上随动连杆和动平台14的第二旋转副；第二主支链12从底盘10端到14动平台端依次为，连接10底盘和下主动连杆的第二驱动旋转副、下主动连杆、连接下主动连杆和下随动连杆的旋转副1、下随动连杆、连接下随动连杆和动平台的旋转副II ;第三辅支链13从底盘10端到14动平台端依次为，分别连接底盘10和平行四边形构件I远杆以及连接底盘10和平行四边形构件I近杆两个同轴线的辅旋转副、平行四边形构件I远杆、平行四边形构件I近杆，连接平行四边形构件I和中间导块的旋转副A、分别连接中间导块和平行四边形构件II远杆以及连接中间导块和平行四边形构件II近杆的旋转副B、平行四边形构件II远杆、平行四边形构件II近杆、连接平行四边形构件II和动平台的旋转副C构成。上述第三辅支链中的中间导块和第二主支链中的下主动连杆通过旋转副①连接，此旋转副①与连接下主动连杆和下随动连杆的旋转副I同轴。其中第一主支链11、第二主支链12、和第三辅支链13的所有旋转副轴线均平行，其中第一主支链11和第二主支链12中的主动旋转副为主动驱动副，其余旋转副均为被动副。本实用新型所述的模块化组合喷涂机器人系统主要应用于汽车整车的喷涂作业环境。其模块化主要体现在可根据实际需求在所述系统中添加任意组喷涂机器人单元模块，以适应不同车型和产量的变化，多组喷涂机器人单元模块的相对放置关系也较为灵活，此外单个喷涂机器人中的水平导轨和竖直导轨也可以根据实际需求改变相对位置关系。此类显而易见的改变均应是为了适应实际喷涂环境，且在本专利保护范围内所做的微小调整和改变。
权利要求1.一种基于冗余五自由度机构模块化的组合喷涂机器人系统，其特征在于，该系统由2个或2个以上模块化的喷涂机器人单元构成，所述模块化的喷涂机器人单元分别安装在待喷涂汽车的两侧，每个模块化的喷涂机器人单元主体结构是一个空间冗余五自由度的喷涂机构，所述空间冗余五自由度通过一平面两自由度机构安装在行走机架单元上实现；运动拖链安装在拖车导轨上，所述待喷涂汽车整车安装在运动拖链上恒速移动，每组喷涂机器人通过自身独立的竖直导轨跟随待喷涂汽车的移动，完成对待喷涂汽车整车的喷涂作业。
2.根据权利要求1所述的组合喷涂机器人系统，所述的平面两自由度机构主要包括底座、固接雾化器的动平台、和连接底座和动平台的三个支链，所述三个支链分别为:第一主支链、第二主支链、第三辅支链，其中每个支链均由若干连杆和若干旋转副组合而成；所述的平面两自由度机构通过底座安装在竖直滑块上，这样就为该机构提供了两个自由度:其中一个为绕底座中心轴线旋转的自由度，另一个是随着竖直滑块在竖直导轨上往复移动的自由度，所述的竖直导轨固接在水平转盘上，水平转盘安装在水平滑块上，这样也为该机构提供了两个自由度:分别是绕着水平转盘的轴线旋转的自由度和沿着水平滑块在水平导轨上移动的自由度，所述待喷涂汽车整车安装在运动拖链上恒速移动提供一个移动自由度，共同组成了所述的空间冗余五自由度结构。
专利摘要本实用新型涉及一种基于冗余五自由度机构模块化的组合喷涂机器人系统，该系统主要针对汽车整车的喷涂作业环境。该系统由若干模块化的喷涂机器人单元构成，分别安装在待喷涂汽车的两侧，每组喷涂机器人单元主体结构是一个空间冗余五自由度的喷涂机构。该系统结构对称，易于制造；容易实现模块化生产，成本较低；控制容易，喷涂精度易于保证；工作空间大，在导轨上可实现大范围移动；柔性程度高，可适应不同汽车整车的喷涂作业环境。
文档编号B05B15/10GK202962747SQ201220704899
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者仇云杰, 刘辛军, 王立平, 姚启宏, 张葛林, 王辉, 范同华 申请人:江苏长虹汽车装备集团有限公司