一种五自由度可控机构式喷涂的制造方法
【专利摘要】一种五自由度可控机构式喷涂机，包括升降机构、平面运动机构和输出平台控制机构。所述升降机构包括立柱、第一平台和直线驱动器，平面运动机构包括主动杆、连杆、电机和第二平台，输出平台控制机构包括输出平台、蜗轮、蜗杆、电机和传动轴。本实用新型采用多自由度可控机构，机构刚度大，承载能力高，累计误差小，轨迹输出灵活，结构简单，制造和维护成本低，便于推广应用。
【专利说明】一种五自由度可控机构式喷涂机
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及喷涂机器人领域，特别是五自由度可控机构式喷涂机器人。
【背景技术】
[0002]喷涂机器人是一种可进行自动喷漆或者喷涂其他涂料的工业机器人，能减轻人员的劳动强度，防止化学涂料的伤害，广泛应用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工业部门。传统开链式串联机器人机构因其自身结构的限制，存在着机构笨重、刚性差、惯性大、关节误差累积大等问题，动力学性能较差，难以满足日益严格的高速高精度作业要求。
[0003]多自由度可控机构是指多自由度机构中的某些结构运动参数或机构的输入运动和多自由度闭链机构中的某些运动，这些运动可由微机进行实时控制或以人工手动方式进行多固定位置的控制，可以实现柔性输出，改善机构的运动特性和动力特性，具有结构紧凑、累计误差小、精度高、作业速度高、动态响应好等优点。
【发明内容】
[0004]本实用新型在于提供一种五自由度可控机构式喷涂机，能有效解决传统开链式串联机器人机构的重量大、刚性差、惯量大、关节误差积累，以及并联机器人动作不够灵活等问题。
[0005]本实用新型通过以下技术来达到上述目的:所述一种五自由度可控机构式喷涂机，包括升降机构、平面运动机构和输出平台控制机构，其结构和连接方式为:
[0006]所述升降机构由立柱和第一平台连接而成，第一平台通过直线驱动器与立柱连接。
[0007]所述平面运动机构由第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆及第二平台连接而成，第一主动杆和第一电机通过第一转动副与第一平台连接，第一主动杆的一端通过第二转动副与第一连杆连接，第一连杆的另一端通过第三转动副与第二连杆和第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端通过第四转动副与第二平台连接，第四连杆通过第十转动副与第二平台连接，第四连杆的另一端通过第十二转动副与第二主动杆连接，第二主动杆的另一端通过第十四转动副与第二电机和第一平台连接，第三主动杆通过第十五转动副与第一平台连接，并与第一主动杆的另一端和第三电机连接，第三主动杆的另一端通过第十六转动副与第二连杆的另一端和第五连杆连接，第五连杆的另一端通过第十七转动副与第二平台连接，第一电机安装在第一平台驱动第一主动杆，第二电机安装在第一平台驱动第二主动杆，第三电机驱动第三主动杆，第一主动杆和第二连杆等长平行，第一连杆与第三主动杆等长平行，第三连杆与第五连杆等长平行。
[0008]所述输出平台控制机构由第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、蜗杆、蜗轮和输出平台连接而成，第四电机安装在第二主动杆上并驱动第一传动轴，第一传动轴通过第十三转动副与第二主动杆连接，第一传动轴的另一端通过第一虎克铰与第二传动轴连接，第二传动轴通过第十一转动副与第四连杆连接，第二传动轴的另一端通过第二虎克铰与蜗杆连接，蜗杆通过第九转动副与第二平台连接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮通过第五转动副和第六转动副与第二平台连接，并与第三传动轴的一端固连，第三传动轴的另一端与输出平台固连，输出平台通过第七转动副和第八转动副与第二平台连接，第一虎克铰的轴线与第十二转动副的轴线汇交于一点，第二虎克铰的轴线与第十转动副的轴线汇交于一点。
[0009]所述升降机构具有一个自由度，通过直线驱动器即可使第一平台在竖直方向运动，加大了机构的工作空间，提高了工作效率。
[0010]所述平面运动机构由第二主动杆、第三主动杆、第四连杆、第五连杆、第一平台组成的闭环五杆机构具有两个自由度，可带动第二平台实现平面内的运动。由第一主动杆和第二连杆等长平行，第一连杆与第三主动杆等长平行，第三连杆与第五连杆等长平行这样的平行机构的特点，可实现由第一电机驱动下的第二平台在平面内绕第十七转动副的转动，又具有一个自由度。此平面运动机构中各运动链之间耦合度低，降低了机构控制系统的复杂程度。
[0011]所述输出平台控制机构利用虎克铰连接和蜗轮蜗杆的作用，可实现由第四电机驱动输出平台绕第三传动轴的转动，输出平台绕轴转动的转角和转速与第四电机的输出参数具有线性关系，控制方法简单。
[0012]本实用新型的突出优点在于:
[0013]1、采用多自由度可控机构，可实现柔性输出，机构的运动特性和动力特性好，具有结构紧凑、累计误差小、精度高、刚度大、作业速度高、动态响应好等优点。
[0014]2、各运动链之间耦合程度低，控制方法简单，便于控制系统的设计。
[0015]3、机构结构简单，制造与维护成本低，便于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的结构示意图。
[0017]图2为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的平面运动机构示意图。
[0018]图3为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的输出平台控制机构示意图。
[0019]图4为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的第一种工作状态示意图。
[0020]图5为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的第二种工作状态示意图。
[0021]图6为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的第三种工作状态示意图。
[0022]图7为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的第四种工作状态示意图。
[0023]图8为本实用新型所述五自由度可控机构式喷涂机的第五种工作状态示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。
[0025]对照图1、图4、图5和图6，所述一种五自由度可控机构式喷涂机，由升降机构、平面运动机构和输出平台控制机构组成。
[0026]对照图1，所述升降机构由立柱I和第一平台2连接而成，第一平台2通过直线驱动器3与立柱I连接。
[0027]对照图1、图2、图4、图7和图8，所述平面运动机构由第一主动杆5、第二主动杆23、第三主动杆29、第一连杆8、第二连杆10、第三连杆11、第四连杆21、第五连杆31及第二平台13连接而成，第一主动杆5和第一电机4通过第一转动副6与第一平台2连接，第一主动杆5的一端通过第二转动副7与第一连杆8连接，第一连杆8的另一端通过第三转动副9与第二连杆10和第三连杆11的一端连接，第三连杆11的另一端通过第四转动副12与第二平台13连接，第四连杆21通过第十转动副19与第二平台13连接，第四连杆21的另一端通过第十二转动副22与第二主动杆23连接，第二主动杆23的另一端通过第十四转动副25与第二电机26和第一平台2连接，第三主动杆29通过第十五转动副28与第一平台2连接，并与第一主动杆5的另一端和第三电机27连接，第三主动杆29的另一端通过第十六转动副30与第二连杆10的另一端和第五连杆31连接，第五连杆31的另一端通过第十七转动副32与第二平台13连接，第一电机4安装在第一平台2驱动第一主动杆5，第二电机26安装在第一平台2驱动第二主动杆23，第三电机27驱动第三主动杆29，第一主动杆5和第二连杆10等长平行，第一连杆8与第三主动杆29等长平行，第三连杆11与第五连杆31等长平行。
[0028]对照图1、图3、图4、图5和图6，所述输出平台控制机构由第一传动轴34、第二传动轴36、第三传动轴40、蜗杆38、蜗轮39和输出平台41连接而成，第四电机33安装在第二主动杆23上并驱动第一传动轴34，第一传动轴34通过第十三转动副24与第二主动杆23连接，第一传动轴34的另一端通过第一虎克铰35与第二传动轴36连接,第二传动轴36通过第十一转动副20与第四连杆21连接，第二传动轴36的另一端通过第二虎克铰37与蜗杆38连接，蜗杆38通过第九转动副18与第二平台13连接，蜗杆38与蜗轮39啮合，蜗轮39通过第五转动副14和第六转动副15与第二平台13连接，并与第三传动轴40的一端固连，第三传动轴40的另一端与输出平台41固连，输出平台41通过第七转动副16和第八转动副17与第二平台13连接，第一虎克铰35的轴线与第十二转动副22的轴线汇交于一点，第二虎克铰37的轴线 与第十转动副19的轴线汇交于一点。
[0029]对照图1、图4、图5、图6，所述升降机构具有一个自由度，通过直线驱动器3即可使第一平台2在竖直方向运动，加大了机构的工作空间，提高了工作效率。
[0030]对照图1、图2、图4、图7、图8，所述平面运动机构由第二主动杆23、第三主动杆29、第四连杆21、第五连杆31、第一平台2组成的闭环五杆机构具有两个自由度，可带动第二平台13实现平面内的运动。由第一主动杆5和第二连杆10等长平行，第一连杆8与第三主动杆29等长平行，第三连杆11与第五连杆31等长平行这样的平行机构的特点，可实现由第一电机4驱动下的第二平台13在平面内绕第十七转动副32的转动，又具有一个自由度。此平面运动机构中各运动链之间耦合度低，降低了机构控制系统的复杂程度。
[0031]对照图1、图4、图7和图8，所述输出平台控制机构利用虎克铰连接和蜗轮蜗杆的作用，可实现由第四电机33驱动输出平台41绕第三传动轴40的转动，输出平台41绕轴转动的转角和转速与第四电机33的输出参数具有线性关系，控制方法简单。
[0032]对照图5和图6，第一平台2在立柱I上的位置可上下移动。
[0033]对照图1和图4，可看到输出平台41绕第三传动轴40运动，实现不同位置的喷涂。
[0034]对照图7和图8，由闭环五杆机构可实现第二平台13平面内的移动，由第一主动杆5驱动平行机构运动，可实现第二平台13绕第十七转动副32的转动。
【权利要求】
1.一种五自由度可控机构式喷涂机，包括升降机构、平面运动机构和输出平台控制机构，其特征在于，具体结构和连接方式为: 所述升降机构由立柱和第一平台连接而成，第一平台通过直线驱动器与立柱连接，所述平面运动机构包括第一主动杆、第二主动杆、第三主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆及第二平台，第一主动杆和第一电机与第一平台连接，第一主动杆的一端与第一连杆连接，另一端与第二连杆和第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端与第二平台连接，第四连杆与第二平台连接，第四连杆的另一端与第二主动杆连接，第二主动杆的另一端与第二电机和第一平台连接，第三主动杆与第一平台连接，并与第一主动杆的另一端和第三电机连接，第三主动杆的另一端与第二连杆的另一端和第五连杆连接，第五连杆的另一端与第二平台连接，第一电机安装在第一平台上驱动第一主动杆，第二电机安装在第二平台上驱动第二主动杆，第三电机驱动第三主动杆， 所述输出平台控制机构由第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、蜗杆、蜗轮和输出平台连接而成，第四电机安装在第二主动杆上并驱动第一传动轴，第一传动轴通过第十三转动副与第二主动杆连接，第一传动轴的另一端通过第一虎克铰与第二传动轴连接，第二传动轴通过第十一转动副与第四连杆连接，第二传动轴的另一端通过第二虎克铰与蜗杆连接，蜗杆通过第九转动副与第二平台连接，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮通过第五转动副和第六转动副与第二平台连接，并与第三传动轴的一端固连，第三传动轴的另一端与输出平台固连，输出平台通过第七转动副和第八转动副与第二平台连接，第一虎克铰的轴线与第十二转动副的轴线汇交于一点，第二虎克铰的轴线与第十转动副的轴线汇交于一点。
2.根据权利要求1所述的五自由度可控机构式喷涂机，其特征在于，所述第一主动杆和第二连杆等长平行，第一连杆与第三主动杆等长平行，第三连杆与第五连杆等长平行。
【文档编号】B05B13/04GK203578093SQ201320816611
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月7日 优先权日:2013年12月7日
【发明者】蔡敢为, 石慧, 高德中, 张 林, 王小纯, 郑占光, 黄亦其, 王湘, 温芳, 杨旭娟, 周晓蓉 申请人:广西大学