多平行四边形连杆并行驱动的喷涂机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，尤其一种涉及适用于如车身、飞机尾翼等大轮廓复杂曲面的六自由度多平行四边形连杆并行驱动的喷涂机器人。
【背景技术】
[0002]喷涂工艺是大多数工业产品生产中的重要工艺之一，喷涂质量直接决定了产品外观和产品质量。传统的喷涂方式多为人工喷涂，由于喷涂过程中雾状漆料对人体危害巨大，喷漆环境中照明、通风条件很差，因此在工业领域开始大量使用喷涂机器人代替人工喷涂，不仅有效改善了劳动条件，提高产品质量和喷涂材料利用率，还降低了企业的生产成本。此夕卜，喷涂机器人可方便的深入到工件的内部，增加了喷涂工艺的使用范围。总之，喷涂机器人易于实现整个喷涂生产线的自动化和喷涂工艺的精细化控制。
[0003]中国专利ZL200910135040.6公开了一种机器人喷涂装置，如图13-14所示，该喷涂装置16为四轴机器人关节臂，其自由端处为喷涂器17，该喷涂器是旋转双臂喷涂器。该机器人16包括第一或内臂部32，在第一端安装到机器人基座33上，用以绕肩轴线34旋转。第二或外臂部35在第一端安装到内臂部32的第二端上，可绕肘轴线36旋转。腕部37将喷涂器17固定到外臂部35的第二端上，并具有旋转轴线38和倾斜轴线39。该腕部37绕上述轴线38旋转喷涂器17，该轴线通常平行于外臂部35的纵向轴线，腕部绕轴线39旋转喷涂器17，从而将该喷涂器相对于轴线38倾斜。因此，机器人16相对基座33可提供四轴运动，使臂部32、35，腕部37、喷涂器17在垂直面上动作。第五运动轴为导轨轴线40，机器人基座33被固定到如图2所示安装座15上，能够使机器人16沿着相应架轨11的水平纵向轴线往复运动。
[0004]这样的工业喷涂机器人绝大多数属于开链式串联机器人，其末端喷头的姿态由机器人各个驱动关节的参数决定，手臂有较大的运动空间，可实现各种复杂轨迹的运动。开链式串联机器人的运动学正解简单，但是其运动学逆解存在多解的问题，通常串联的关节越多，解的个数也越多。在实际应用中，每一时刻需要根据喷头的姿态逆解得到各个驱动参数，由于逆运动学模型具有非线性特性，加之存在多解，故求解效率较低，因而响应实时性较差；同时需要在多组逆解中判断最佳解，这势必导致机器人控制系统比较复杂，因而增加了产品的生产成本。
[0005]这样的工业喷涂机器人驱动电机分散布置在各个关节处，导致机器人末端静载荷较大和动载较大，而且驱动电机越靠近喷头端，使用安全性越低，防爆、防尘成本越高。最为致命的是，串联式机器人如果任何一个关节失效，则造成了整个喷涂工作的瘫痪，因此作业时停工故障率高。
[0006]这样的串联式喷涂机器人，驱动电机布置在各个关节处。这种布置方式由于末端的动载荷大，力臂较长，会导致串联式喷涂机器人基座和各关节处受力较大，因此需要增强整个喷涂机器人的强度和刚度，从而带来喷涂机器人的体积庞大、重量较重。
[0007]这样的串联式喷涂机器人由于手臂多重旋转，其电气管路和液流管路通常布置在杆件的中空部位，从而导致液流管道和电气管道布置困难且有可能产生管路相互缠绕情况，排除安全隐患及防爆成本高。
[0008]这样的串联式喷涂机器人，尤其是针对大外廓复杂曲面构件的喷涂机器人，如针对车身、飞机尾翼等大轮廓复杂曲面的喷涂时，对于这样喷涂曲面复杂、运动范围非常大的作业时，运算效率低、控制复杂、实时性较差、机器人末端静载荷较大、运动时动载也较大的特征在大轮廓复杂曲面喷涂方面尤其突出。
[0009]这样的工业喷涂机器人末端姿态的调节一般依靠在喷头和小臂末端之间加装手腕来实现，输调漆管线只能布设在手腕外面。当手腕转动时，很容易造成管线缠绕，从而带来严重后果。目前虽然出现了斜交中空手腕，但是其造价昂贵，控制也复杂。
【发明内容】
[0010]为了克服上述诸多技术问题，本发明提供一种多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，其主要驱动电机置于喷涂机器人基座末端中，这样一种新型串并联混合的六自由度喷涂机器人，易于实现复杂曲面垂直喷涂，具有传动特性优良，安全性和可靠性高，维护方便、重量轻、高动态性好、刚度大、控制简单、容易实现防尘和防爆要求、可方便处理输调漆管线缠绕问题等显著优点，能广泛应用于汽车、仪表、电器、搪瓷、航空等工业生产部门，尤其适用于汽车车身、飞机尾翼等大轮廓构件复杂曲面的喷涂作业。
[0011]本发明请求保护范围与本发明要解决的技术问题、所采用的技术手段、以及所采用的每一个技术特征在解决上述技术问题中的作用与功能、以及说明采用的上述技术手段解决的技术问题所能达到技术效果如下:
[0012]1、本发明提供一种多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，其包括基座3、大臂驱动电机4、小臂驱动电机10、俯仰调节电机8、动平台18和三个并行的平行四边形连杆机构，其特征在于所述的大臂驱动电机4和小臂驱动电机10和俯仰调节电机8均设置在基座3一端，并通过所述的三个并行的平行四边形连杆机构协同驱动所述的动平台18。
[0013]由于本发明的小车驱动电机2、大臂驱动电机4、小臂驱动电机10、俯仰调节电机8均设置在基座一端，避免了现有技术的工业喷涂机器人驱动电机越靠近喷头端，使用安全性越低，防爆、防尘成本越高。
[0014]由于本发明的小车驱动电机2、大臂驱动电机4、小臂驱动电机10、俯仰调节电机8均设置在基座一端，避免了现有技术的工业喷涂机器人手臂多重旋转，从而导致液流管道和电气管道布置困难且有可能产生管道相互缠绕情况，排除安全隐患及防爆成本高。
[0015]由于本发明的小车驱动电机2、大臂驱动电机4、小臂驱动电机10、俯仰调节电机8均设置在基座一端，避免了现有技术的工业喷涂机器人基座和各关节处受力较大，避免了现有技术的工业喷涂机器人需要增强整个喷涂机器人的强度和刚度，避免了现有技术的工业喷涂机器人的体积庞大、重量较重。
[0016]由于本发明的小车驱动电机2、大臂驱动电机4、小臂驱动电机10、俯仰调节电机8均设置在基座一端，避免了传统的串联开链式喷涂机器人，其电气管路和液流管路通常都在杆件的中空部位，这不仅会增加管路布置的困难，还存在一些安全隐患。在本发明中，驱动电机集中布置在基座上，则电气管路布置可以省略，仅仅只需考虑液流管路的布置。这样既降低了布置的难度，还可以减小机器人末端的尺寸，使喷头易于从狭小的孔壁中深入到工件的内部进行喷头作业，间接增加了机构的柔性。
[0017]本发明巧妙地设置三个平行四边形连杆驱动方式，从而解决了现有技术开链式串联机器人的运动学正解简单但是其运动学逆解存在多解的问题，解决了现有技术开链式串联机器人需要在多组逆解中判断最佳解和控制系统比较复杂的问题，从而实现了在空间中喷头的位置由小车的移动距离、大臂和小臂转过的角度决定，这样的逆解计算简单且不存在多解，喷头的姿态由俯仰调节电机控制，这种控制方式也为轨迹规划带来了方便。
[0018]本发明巧妙地设置三个平行四边形连杆驱动方式，三个平行四边形机构在设计时限制了最大压力角，在作业范围内，无论机器人转至何位置，运动和力的传递性能都能保持优良的水平；
[0019]本发明巧妙地设置三个平行四边形连杆驱动方式，三个平行四边形机构的巧妙设计将大臂驱动电机、小臂驱动电机和俯仰调节电机集中布置到基座上。电机集中布置便可以方便的实现防尘防爆要求，提高了喷涂机器人在静电喷涂这种危险环境下的安全性和可靠性。
[0020]本发明巧妙地设置三个平行四边形连杆驱动方式，由于引入了并联机构，本发明具有一些并联机构的优势，从而克服传统的串联开链式机器人各种缺陷，例如，传统的串联开链式机器人各杆件的驱动部件通常布置在关节处，这样越是靠近基座的杆件不仅要承受加在其末端的其他杆件的负载，还要承受在重量上比这些杆件更大的驱动电机的负载，导致机构笨重，动载荷较大。同时各串联的杆件相当于悬臂梁结构，刚度也较差。
[0021]2、本发明多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，其特征在于所述的基座3下方设置有承载小车车体1，小车车体I在动力源2的驱动下能够在地面或者沿导轨运载整个机器人水平移动的平动自由度。
[0022]小车车体I在小车驱动电机2的驱动下能够在地面或者沿导轨运载整个机器人水平移动。这使得喷涂机器人具有很大的工作范围，特别适合大轮廓工件的喷涂。
[0023]3、本发明多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，其特征在于还包括一根可伸缩杆16,所述的可伸缩杆16—端16c与上述三个并行的平行四边形连杆机构之一伸出一根连杆14d相球铰，所述的可伸缩杆16另一端16a与所述的动平台18的杆端18b之间相球铰，所述的可伸缩杆16内部装有小电机和滚珠丝杠，电机固定在其中一侧空心管16a中，驱动时滚珠丝杠带动另一根管相应伸出或缩回，伸缩杆长度的变化实现动平台18的左右摆动自由度。
[0024]可伸缩杆16其内部安装了微小电机和丝杠，能够方便的伸长和缩短，较好的控制喷头17实现左右摆动。伸缩杆16的作用只是对喷头17的姿态进行微调，其消耗的能量有限。因此可以将伸缩杆16在能够安装微电机的前提下尺寸设计的较小、重量轻，以便降低喷涂机器人的载荷，减少能量消耗。两端的球铰便于适应小电机和滚珠丝杠旋转运动。
[0025]4、本发明多平行四边形连杆并行驱动喷涂机器人，其特征在于所述的三个并行的平行四边形连杆机构分别为:由大臂12拨叉的一个分支12d、小臂19中间轴孔19a与邻近的小臂19轴端19b之间部分、第I连杆13、第I曲柄9构成的第一平行四边形连杆驱动机构；由大臂12拨叉的另一个分支12c、第II曲柄7、第II连杆11、三角连杆14的侧边构成的第二平行四边形连杆驱动机构；由