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CN108942894B - 串联九自由度喷涂机器人 - Google Patents

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CN108942894B
CN108942894B CN201811029450.8A CN201811029450A CN108942894B CN 108942894 B CN108942894 B CN 108942894B CN 201811029450 A CN201811029450 A CN 201811029450A CN 108942894 B CN108942894 B CN 108942894B
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齐有泉
谷林
钟铭
杨晓坤
孔繁栋
齐兆旭
邢珂
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Yanshan University
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Yanshan University
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Abstract

本发明涉及一种喷涂设备，具体涉及一种串联九自由度喷涂机器人。包括：工作执行机构，工作定位机构和辅助支撑机构，所述工作执行机构与工作定位机构串联连接；本发明在结构方面采用9R主体结构和辅助支撑装置相结合的形式，既满足操作灵活性又解决部分关节负载过大的问题，运动空间方面采用特殊的9轴串联设计使得其能够进入半封闭空间进行喷涂作业，具有较大的灵活工作空间。在驱动控制方面，关节控制容易，能够实现不同模式的控制方案；工作定位机构和辅助支撑机构协同控制，工作执行机构单独控制；在防撞设计上采用固定区域检测和轨迹预测相结合。

Description

串联九自由度喷涂机器人
技术领域
本发明涉及一种喷涂设备，具体涉及一种串联九自由度喷涂机器人。
背景技术
喷涂是制造业中一道必不可少的工序，喷涂中的主要问题是，在喷涂过程中构成的漆雾和挥发出来的溶剂，会产生大量苯、醛类等有害物质，造成严重的环境污染，又不利于操作人员的健康。以自动化喷涂来取代传统的人工喷涂的需求显得尤为迫切，但目前的喷涂设备大多受限于工作空间特性、研制成本等，因此研究喷涂机器人技术，对满足日益增长的复杂构件自动化喷涂具有非常重要的意义。目前喷涂机器人多为6轴或7轴串联机器人，广泛应用于汽车制造业和家具生产等行业，其作业空间均为开放式。目前对于环形工件内表面喷涂作业，在6轴工业机器人基础上引入3轴转台构成9轴机器人喷涂系统。对于大多数空间内表面尤其是近似封闭空间的多腔室、多隔壁结构的工件的喷涂作业仍依赖人工喷涂。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种采用9R主体结构和辅助支撑装置相结合的串联九自由度喷涂机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种串联九自由度喷涂机器人，包括：工作定位机构、工作执行机构和辅助支撑机构，所述工作定位机构与工作执行机构串联连接。
所述工作定位机构由基座平台、第一旋转关节、第一连杆、第一俯仰关节、第二连杆和第三俯仰关节构成，所述基座平台与第一连杆通过转动副连接构成第一旋转关节，所述第一连杆与第二连杆通过转动副连接构成第一俯仰关节，所述第二连杆与第一关节链组件通过转动副连接构成第三俯仰关节；
所述工作执行机构由第一关节链组件、第二关节链组件和第三关节链组件依次串联而成；
所述第一关节链组件包括第三连杆、第二旋转关节、第四连杆和第四俯仰关节，所述第三连杆与第四连杆通过转动副连接，构成第二旋转关节，所述第四连杆与第二关节链组件通过转动副连接，构成第四俯仰关节；
所述第二关节链组件与第一关节链组件连接类型相同，所述第三关节链组件与第一关节链组件连接类型相同；
所述辅助支撑机构由第二俯仰关节、第九连杆、第一移动关节、第十连杆、第二移动关节、和导轨构件构成，所述第九连杆与第二连杆通过转动副连接构成第二俯仰关节，所述第九连杆与第十连杆通过移动副连接构成第一移动关节，所述第十连杆与导轨构件通过移动副连接构成第二移动关节，所述导轨构件与第一连杆刚性连接。
一种串联九自由度喷涂机器人喷涂方法，所述的串联九自由度喷涂机器人进行喷涂。
所述的方法包括以下步骤：
(1)为工件的第二腔体内表面进行喷涂工作，通过工作定位机构将工作执行机构穿过第一腔孔运送至第二腔体中，再由工作执行机构对其内表面进行喷涂工作；
(2)当第二腔体喷涂完毕后，通过工作定位机构以及工作执行机构的配合将工作执行机构退回第一腔体，对第一腔体进行喷涂；
(3)第一腔体喷涂完毕后，整体机构撤出第一腔体，将工件旋转180度即可进行对第三腔体的喷涂。
本发明的有益效果在于：
本发明在结构方面采用9R(R表示转动副)主体结构和辅助支撑装置相结合的形式，既满足操作灵活性又解决部分关节负载过大的问题。
本发明在运动空间方面采用的特殊的9轴串联设计使得其能够进入半封闭空间进行喷涂作业，具有较大的灵活工作空间。
本发明在驱动控制方面，关节控制容易，能够实现不同模式的控制方案；工作定位机构和辅助支撑机构协同控制，工作执行机构单独控制；在防撞设计上采用固定区域检测和轨迹预测相结合。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明喷涂工件结构示意图。
图3为本发明机构和组件结构示意图。
图中：1、基座平台，2、第一旋转关节，3、第一连杆，4、第一俯仰关节，5、第二连杆，6、第二俯仰关节，7、第三俯仰关节，8、第三连杆，9、第二旋转关节，10、第四连杆，11、第四俯仰关节，12、第五连杆，13、第三旋转关节，14、第六连杆，15、第五俯仰关节，16、第七连杆，17、第四旋转关节，18第八连杆，19、第六俯仰关节，20、第九连杆，21、第一移动关节，22、第十连杆，23、第二移动关节，24、导轨构件，25、第一腔体，26、第一腔孔，27、第二腔体，28、第二腔孔，29、第三腔体，30、工作定位机构，31、第一关节链组件，32、第二关节链组件，33、第三关节链组件，34、辅助支撑机构。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下提供本发明的实施实例，这些实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例如下：
参见附图1和附图3：一种串联九自由度喷涂机器人，包括：工作定位机构30、第一关节链组件31、第二关节链组件32、第三关节链组件33和辅助支撑机构34；
所述工作定位机构30由基座平台1、第一旋转关节2、第一连杆3、第一俯仰关节4、第二连杆5和第三俯仰关节7构成，所述基座平台1与第一连杆3通过转动副连接构成第一旋转关节2，所述第一连杆3与第二连杆5通过转动副连接，构成第一俯仰关节4，所述第二连杆5与第一关节链组件31通过转动副连接构成第三俯仰关节7，所述工作定位机构30、第一关节链组件31、第二关节链组件32和第三关节链组件33依次串联连接；
所述工作执行机构由第一关节链组件31，第二关节链组件32和第三关节链组件33依次串联而成；所述第一关节链组件31包括第三连杆8、第二旋转关节9、第四连杆10和第四俯仰关节11，所述第三连杆8与第四连杆10通过转动副连接构成第二旋转关节9，所述第四连杆10与第二关节链组件32通过转动副连接构成第四俯仰关节11；所述第二关节链组件32与第一关节链组件31连接类型相同，所述第三关节链组件33与第一关节链组件31连接类型相同；
所述辅助支撑机构34由第二俯仰关节6、第九连杆20、第一移动关节21、第十连杆22、第二移动关节23、和导轨构件24构成，所述第九连杆20与第二连杆5通过转动副连接构成第二俯仰关节6，所述第九连杆20与第十连杆22通过移动副连接构成第一移动关节21，所述第十连杆22与导轨构件24通过移动副连接构成第二移动关节23，所述导轨构件24与第一连杆3刚性连接。
驱动关节包括第一旋转关节2、第一俯仰关节4、第三俯仰关节7、第二旋转关节9、第四俯仰关节11、第三旋转关节13、第五俯仰关节15、第四旋转关节17、第六俯仰关节19和第一移动关节21；随动关节包括第二俯仰关节6和第二移动关节23。
本实施例中的辅助支撑机构主要是减轻第一俯仰关节4的负载，由于作业空间的特殊性，第一俯仰关节4和第三俯仰关节7之间设计的第二连杆5长度很大，导致第一俯仰关节4处负载过大，通过对辅助支撑机构的第一移动关节21进行驱动从而减轻第一俯仰关节4的负载力矩。导轨构件24作为第二移动关节23的滑动导轨，除基座平台1外整体机构均随第一旋转关节2旋转。
一种串联九自由度喷涂机器人喷涂方法，采用串联九自由度喷涂机器人进行喷涂。
本实施例中所述的方法包括以下步骤：
(1)为工件的第二腔体27内表面进行喷涂工作，通过工作定位机构30将工作执行机构穿过第一腔孔26运送至第二腔体27中，再由工作执行机构对其内表面进行喷涂工作；
(2)当第二腔体27喷涂完毕后，通过工作定位机构30以及工作执行机构的配合将工作执行机构退回第一腔体25，对第一腔体25进行喷涂；
(3)第一腔体25喷涂完毕后，整体机构撤出第一腔体25，将工件旋转180度即可进行对第三腔体29的喷涂。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种串联九自由度喷涂机器人喷涂方法，其特征在于：
串联九自由度喷涂机器人包括工作定位机构（30）、工作执行机构和辅助支撑机构（34），所述工作定位机构（30）与工作执行机构串联连接；所述工作执行机构由第一关节链组件（31）、第二关节链组件（32）和第三关节链组件（33）依次串联而成；所述第二关节链组件（32）与第一关节链组件（31）连接类型相同，所述第三关节链组件（33）与第一关节链组件（31）连接类型相同；所述第一关节链组件（31）包括第三连杆（8）、第二旋转关节（9）、第四连杆（10）和第四俯仰关节（11），所述第三连杆（8）与第四连杆（10）通过转动副连接，构成第二旋转关节（9），所述第四连杆（10）与第二关节链组件（32）通过转动副连接，构成第四俯仰关节（11）；所述工作定位机构（30）由基座平台（1）、第一旋转关节（2）、第一连杆（3）、第一俯仰关节（4）、第二连杆（5）和第三俯仰关节（7）构成，所述基座平台（1）与第一连杆（3）通过转动副连接构成第一旋转关节（2），所述第一连杆（3）与第二连杆（5）通过转动副连接，构成第一俯仰关节（4），所述第二连杆（5）与第一关节链组件（31）通过转动副连接构成第三俯仰关节（7）；所述辅助支撑机构（34）由第二俯仰关节（6）、第九连杆（20）、第一移动关节（21）、第十连杆（22）、第二移动关节（23）、和导轨构件（24）构成，所述第九连杆（20）与第二连杆（5）通过转动副连接构成第二俯仰关节（6），所述第九连杆（20）与第十连杆（22）通过移动副连接构成第一移动关节（21），所述第十连杆（22）与导轨构件（24）通过移动副连接构成第二移动关节（23），所述导轨构件（24）与第一连杆（3）刚性连接；
所述串联九自由度喷涂机器人用于对半封闭空间进行喷涂作业，包括以下步骤：
（1）为工件的第二腔体（27）内表面进行喷涂工作，通过工作定位机构（30）将工作执行机构穿过第一腔孔（26）运送至第二腔体（27）中，再由工作执行机构对其内表面进行喷涂工作；（2）当第二腔体（27）喷涂完毕后，通过工作定位机构（30）以及工作执行机构的配合将工作执行机构退回第一腔体（25），对第一腔体（25）进行喷涂；（3）第一腔体（25）喷涂完毕后，整体机构撤出第一腔体（25），将工件旋转180度即可进行对第三腔体（29）的喷涂。
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