一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201510016796.4 | 申请日 | 2015-01-13 | 公开(公告)号 | CN104588244B | 公开(公告)日 | 2016-09-28 |
| 申请人 | 清华大学; | 发明人 | 吴军; 王立平; 张彬彬; 李铁民; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于 汽车 保险杠 喷涂 的五 自由度 机器人 装置，该装置包括环形 导轨 和空间四自由度并联机构两个部分。所述的空间四自由度并联机构安装在环形轨道上，通过导轨实现并联机构的大范围移动；空间四自由度并联机构包括 机架 、安装 雾化器 的动平台、第一分支、第二分支、第三分支和第四分支，通过第一分支、第二分支、第三分支和第四分支的协同运动实现动平台两转动和两移动的运动。本发明通过将环形导轨的运动和空间四自由度并联机构的运动相结合，可实现安装在动平台上的雾化器的三移动和两转动的五自由度运动。该喷涂机器人结构对称，灵活性好，易于制造，易实现模 块 化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置，该装置包括环形导轨(7)和空间四自由度并联机构两个部分，所述的空间四自由度并联机构安装在环形导轨(7)上;所述的空间四自由度并联机构包括机架(I)，装有雾化器的动平台(6)，以及连接动平台和机架之间的第一分支(2)、第二分支(3)、第三分支(4)和第四分支(5);所述的第一分支(2)、第二分支(3)、第三分支(4)和第四分支(5)分别连接于机架(I)和动平台(6)之间，并与机架(I)和动平台(6)构成空间闭环机构;所述的第一分支(2)包括第一杆件(22)和第二杆件(23)，第一杆件(22)和第二杆件(23)之间通过第一移动副连接，第一分支(2)分别通过第一转动副(21)和第一圆柱副(24)与机架(I)和动平台(6)连接，所述的第一转动副(21)的转动轴线与第一圆柱副(24)的转动轴线垂直;第三分支(4)与第一分支(2)结构相同，第三分支(4)分别通过第二转动副(41)和第二圆柱副(44)与机架(I)和动平台(6)连接，第一分支(2)与第三分支(4)处于同一竖直平面内，且对称布置；第二分支(3)包括第三杆件(32)和第四杆件(33)，第三杆件(32)和第四杆件(33)之间通过第二移动副连接，第二分支(3)分别通过第一球副(31)和第二球副(34)与机架(I)和动平台(6)连接;第四分支(5)与第二分支(3)结构相同，第四分支(5)分别通过第三球副(51)和第四球副(54)与机架(I)和动平台(6)连接。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置技术领域[0001]本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种能够应用于汽车保险杠喷涂领域的五自由度机器人装置。 背景技术[0002] 现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。从20世纪90年代起汽车工业开始引入机器人来代替人工喷涂和喷涂机械，同时开始使用机器人进行内表面的自动喷涂。涂装机器人正是适应大规模、高质量、低成本和环保节能的要求而产生的。因此涂装机器人技术在汽车涂装领域的运用越来越广泛。 [0003]随着轿车工业的快速发展，对保险杠需求也越来越大。为了达到整车的美观，越来越多的保险杠等外饰件采用与车身同色的涂装件。保险杠喷涂具有一些特点:I)喷涂量大，通常年产量在几万套以上，所以许多厂家采用自动化程度较高的涂装线，如喷涂机器人;2)保险杠形状复杂，如前后保险杠有较多曲面与大小灯孔;3)涂装质量要求高，通常要达到整车车身外观的要求。由于汽车保险杠主要采用塑料材质，涂料在其表面难于附着，另外塑料件的热变形温度低等，一般生产中选用的涂料的烘干温度低于金属件所用涂料的烘干温度，因此塑料件涂装和金属件涂装在工艺和涂装材料等方面有很大不同，保险杠涂装一般不和车身涂装混线生产。 [0004]目前，在国内外广泛使用的、有代表性的喷涂机器人大部分都是串联机器人，比如日本的川崎喷涂机器人、ABB IRB-54000-22喷涂机器人。相对于串联机器人，并联机器人具有结构对称、易于制造、容易实现模块化、机构简单、运动学控制简单和灵活性好等特点。在并联机器人的基础上，再结合串联机器人工作空间大的优点，在应用于喷涂时易于适应不同形状保险杠，进而提尚生广效率。 发明内容[0005]本发明的目的是提供一种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置，使其既拥有并联机构的尚速、尚精度、尚刚度、易于制造的优点，又拥有串联机构工作空间大的特点，更适应于汽车保险杠的喷涂作业任务，可针对不同形状和规格的汽车保险杠进行喷涂作业。 [0006]本发明的技术方案如下: [0007] —种用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置，其特征在于:包括环形导轨和空间四自由度并联机构两个部分，所述的空间四自由度并联机构安装在环形导轨上;所述的空间四自由度并联机构包括机架，装有雾化器的动平台，以及连接动平台和机架之间的第一分支、第二分支、第三分支和第四分支;所述的第一分支、第二分支、第三分支和第四分支分别连接于机架和动平台之间，并与机架和动平台构成空间闭环机构;所述的第一分支包括第一杆件和第二杆件，第一杆件和第二杆件之间通过第一移动副连接，第一分支分别通过第一转动副和第一圆柱副与机架和动平台连接，所述的第一转动副的转动轴线与第一圆柱副的转动轴线垂直;第三分支与第一分支结构相同，第三分支分别通过第二转动副和第二圆柱副与机架和动平台连接，第一分支与第三分支处于同一竖直平面内，且对称布置；第二分支包括第三杆件和第四杆件，第三杆件和第四杆件之间通过第二移动副连接，第二分支分别通过第一球副和第二球副与机架和动平台连接;第四分支与第二分支结构相同，第四分支分别通过第三球副和第四球副与机架和动平台连接。 [0008]所述的第一转动副中心、第二转动副中心、第一球副中心和第三球副中心均匀分布在机架的圆周上，第一转动副的转动轴线和第二转动副的转动轴线与所述的圆周相切，第一球副和第三球副相对于第一分支与第三分支所处的竖直平面对称布置。 [0010]本发明具有以下优点及突出性的技术效果:本发明提出的一种可实现汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置，其具有串联机构的较大工作空间的优点，又具有并联机构刚度高，精度高，动态性能好的优点。本发明的机构结构对称，易于制造，容易实现模块化;机构简单，运动学控制简单，灵活性好，应用于喷涂时易于适应不同形状保险杠，进而提高生产效率。附图说明 [0011]图1为本发明提供的五自由度机器人装置的实施例的三维机构示意图。 [0012]图2为本发明的机架实施例结构示意图。 [0013]图3为本发明的动平台实施例结构示意图。 [0014]图4为本发明的第一分支实施例结构示意图。 [0015]图5为本发明的第三分支实施例结构示意图。 [0016]图中:1-机架;2-第一分支;3-第二分支;4-第三分支;5-第四分支;6_装有雾化器的动平台；7-环形导轨;8-待喷涂保险杠;21-第一转动副；22-第一杆件;23-第二杆件;24-第一圆柱副;31-第一球副;32-第三杆件;33-第四杆件;34-第二球副;41-第二转动副;44-第二圆柱副;51-第三球副;54-第四球副。 具体实施方式[0017]下面结合附图及实施例对本发明的结构原理及具体实施做详细说明如下: [0018]图1为本发明提供的用于汽车保险杠喷涂的五自由度机器人装置实施例的三维机构示意图，所述五自由度机器人装置包括环形导轨7和空间四自由度并联机构两部分;所述的空间四自由度并联机构安装在环形导轨7上，通过齿轮齿条传动机构、导轨滑块机构或带传动机构连接，实现并联机构的大范围水平移动。 [0019]所述的空间四自由度并联机构包括机架1、装有雾化器的动平台6、第一分支2、第二分支3、第三分支4和第四分支5;所述的第一分支2、第二分支3、第三分支4和第四分支5分别连接于机架I和动平台6之间，并与机架I和动平台6构成空间闭环机构。 [0020]所述的第一分支2如图4所示，其包括第一杆件22和第二杆件23，第一杆件22和第二杆件23之间通过第一移动副连接，第一分支2分别通过第一转动副21和第一圆柱副24与机架I和动平台6连接，所述的第一转动副21的转动轴线与第一圆柱副24的转动轴线垂直；第三分支4与第一分支2结构相同，第三分支4分别通过第二转动副41和第二圆柱副44与机架I和动平台6连接，第一分支2与第三分支4处于同一竖直平面内，且对称布置。 [0021]所述的第二分支3如图5所示，其包括第三杆件32和第四杆件33，第三杆件32和第四杆件33之间通过第二移动副连接，第二分支3分别通过第一球副31和第二球副34与机架I和动平台6连接;第四分支5与第二分支3结构相同，第四分支5分别通过第三球副51和第四球副54与机架I和动平台6连接。 [0022]所述的机架I如图2所示，第一转动副21中心、第二转动副41中心、第一球副31中心和第三球副51中心均匀分布在机架的圆周上，第一转动副21的转动轴线和第二转动副41的转动轴线与所述的圆周相切，第一球副31和第三球副51相对于第一分支2与第三分支4所处的竖直平面对称布置。 [0023]所述的动平台6如图3所示，第二球副34和第四球副54相对于第一圆柱副24和第二圆柱副44所在平面对称布置。 [0024]所述的空间四自由度并联机构通过驱动第一分支2、第二分支3、第三分支4和第四分支5的移动副或者第一分支2和第三分支4的圆柱副的移动自由度与第二分支3和第四分支5的移动副，实现其两个移动自由度和两个转动自由度。 |
||||||
