一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂的制作方法

本發明涉及機械領域，特別是一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂。

背景技術：

這幾年來，由于勞動力市場的人員緊缺，人力成本逐年攀升，促進了涂裝作業機械臂在涂裝作業中的廣泛應用。涂裝作業機械臂有機械式和液壓式兩種類型，目前涂裝作業機械臂的機械臂大多數是液壓驅動，由于液壓傳動采用液壓油作為傳遞動力的介質，存在以下問題：其起動性較差，容易因為內部元件磨損后產生泄漏，而且泄漏的液壓油會污染環境；液壓油受溫度影響較大，總效率較低，有時有噪音和振動。有時會出現過熱，工作無力等現象；液壓元件加工精度要求高，裝配要求嚴格，制造較為困難，使用中維修保養要求技術較高，難度較大。隨著涂裝作業機械臂功能的增加，其液壓系統越來越復雜，出現故障更具有突然性、隱蔽性。機械式涂裝作業機械臂是利用機械傳動件實現涂裝作業動作，具有堅固耐用等優點，但是傳統的單自由度機械式涂裝作業機械臂不能完成復雜的動作，應用范圍十分有限，機械式可控機構電動涂裝作業機械臂，用連桿機構取代了液壓傳動，當主動桿由伺服電機驅動時，容易實現自動化、數控化控制，解決了液壓系統存在的一些不足，但存在需要配備與連桿機構自由度同等數量的控制電機來進行控制結構復雜帶來的機構重量、運動慣量大和成本高的問題。

變自由度機構通過組合出新的拓撲結構來適應不同階段的功能要求。目前能應用于 實際的變自由度機構還很少，未見到過應用于涂裝作業機械臂的變自由度機構。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂，克服液壓式涂裝作業機械臂液壓系統元件精度要求高、結構復雜、易漏油等缺點，克服開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，并使得可控驅動電機的數量小于涂裝作業機械臂連桿機構的自由度，克服現有機械式電動涂裝作業機械臂構需要配備與連桿機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點，簡化結構的復雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本。為實現上述目的，本發明提供了一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂，包括底座1、大臂伸縮機構、升降機構、手腕連桿俯仰機構、手腕31、噴嘴32、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29；所述大臂伸縮機構包括第一連桿27、第二連桿23和第三連桿24，所述第一連桿27一端與底座1通過第一轉動副28連接，第一連桿27的另一端與第三連桿24一端通過第三轉動副26連接，第三連桿24的另一端與第二連桿23通過第四轉動副25連接；第二連桿23一端與底座1通過第二轉動副22連接，第二連桿23另一端與大臂8通過第五轉動副9連接； 所述升降機構包括小臂14、第五連桿18、第六連桿16和第一主動桿20，所述第一主動桿20與底座1通過第八轉動副21連接，第一主動桿20的另一端與第五連桿18一端通過第九轉動副19連接，第五連桿18的另一端與小臂14一端通過第十轉動副15連接，小臂14的另一端與手腕連桿12通過第十四轉動副13連接，第六連桿16的一端與小臂14通過第十五轉動副17連接，第六連桿16的另一端與大臂8通過第十六轉動副10連接；所述手腕連桿俯仰機構包括第二主動桿3、第四連桿5、大臂8和手腕連桿12，所述第二主動桿3與底座1通過第十一轉動副2連接，所述第二主動桿3的另一端與第四連桿5一端通過第十二轉動副4連接，第四連桿5另一端與大臂8一端通過第六轉動副6連接，大臂8的另一端與手腕連桿12通過第十三轉動副11連接；第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29分別安裝在第六轉動副6和第四轉動副25處，能夠按照不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機、第二伺服電機，分別與第一主動桿20和第二主動桿3連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進行鎖緊。

本發明一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂采用可控多桿閉鏈機構，克服了開鏈結構的驅動電機都需要安裝在關節位置的缺點，提高了手臂運行的平穩性和可靠性，無累積誤差，精度較高；結構緊湊，剛度高，承載能力大、慣量低、動態性能好、手臂運動軌跡靈活多樣化。在連桿機構上加裝鎖緊裝置，并讓其根據機構的不同工況鎖緊和放松特定的轉動副，適時降低了機構的自由度，實現了在完成預期要求的情況下，使用的可控驅動電機的數量小于涂裝作業機械臂連桿機構的自由度，利用兩主動桿即可實現三自由度涂裝作業作業，克服現有涂裝作業機械臂需要配備與連桿機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結構的復雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本，增加了機構的可控性和穩定性，提高了工作效率。同時也克服了液壓式涂裝作業機械臂液壓系統元件精度要求高、結構復雜、易漏油、可靠性差、傳動效率低等缺點。

附圖說明

圖1為本發明所述一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂示意圖。

具體實施方式

一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂，包括底座1、大臂伸縮機構、升降機構、手腕連桿俯仰機構、手腕31、噴嘴32、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29；所述底座1安裝在可移動回轉平臺上；所述大臂伸縮機構包括第一連桿27、第二連桿23和第三連桿24，所述第一連桿27一端與底座1通過第一轉動副28連接，第一連桿27的另一端與第三連桿24一端通過第三轉動副26連接，第三連桿24的另一端與第二連桿23通過第四轉動副25連接；第二連桿23一端與底座1通過第二轉動副22連接，第二連桿23另一端與大臂8通過第五轉動副9連接； 所述升降機構包括小臂14、第五連桿18、第六連桿16和第一主動桿20，所述第一主動桿20與底座1通過第八轉動副21連接，第一主動桿20的另一端與第五連桿18一端通過第九轉動副19連接，第五連桿18的另一端與小臂14一端通過第十轉動副15連接，小臂14的另一端與手腕連桿12通過第十四轉動副13連接，第六連桿16的一端與小臂14通過第十五轉動副17連接，第六連桿16的另一端與大臂8通過第十六轉動副10連接；所述手腕連桿俯仰機構包括第二主動桿3、第四連桿5、大臂8和手腕連桿12，所述第二主動桿3與底座1通過第十一轉動副2連接，所述第二主動桿3的另一端與第四連桿5一端通過第十二轉動副4連接，第四連桿5另一端與大臂8一端通過第六轉動副6連接，大臂8的另一端與手腕連桿12通過第十三轉動副11連接；第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29分別安裝在第六轉動副6和第四轉動副25處，能夠按照不同的工況進行適時鎖緊；伺服驅動裝置包括第一伺服電機、第二伺服電機，分別與第一主動桿20和第二主動桿3連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進行鎖緊。

本發明所述一種伺服電機驅動連桿式可變自由度涂裝作業機械臂在工況作業中，大臂8伸縮時，第六轉動副處6的第一鎖緊裝置7打開，第六轉動副6獲得自由度，第四轉動副25處的第二鎖緊裝置29鎖緊，第四轉動副25失去自由度，此時，大臂8實現伸縮。第六轉動副處6的第一鎖緊裝置7鎖緊，第六轉動副6失去自由度，第四轉動副25處的第二鎖緊裝置29打開，第四轉動副25獲得自由度，此時，大臂8實現升降。對第六轉動副6和第四轉動副25都進行鎖緊，第六轉動副6和第四轉動副25均失去自由度，手腕連桿12單獨實現俯仰。第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29根據不同的作業工況，分別選擇緊鎖或打開，共同完成大臂升降與伸縮、手腕連桿12與手腕31的俯仰等運動，實現噴嘴32的涂裝作業作業。第一鎖緊裝置7和第二鎖緊裝置29采用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現。

本發明使得可控驅動電機的數量小于涂裝作業機械臂連桿機構的自由度，克服現有涂裝作業機械臂需要配備與連桿機構自由度同等數量的控制電機來進行控制的缺點,簡化結構的復雜程度，降低機構的重量、運動慣量、體積和成本，本發明的涂裝作業機械臂將各連桿桿件做成輕桿，從而使得整個機構運動慣量小，動力學性能好，易于控制，通過設置回轉平臺，使涂裝作業機械臂擁有360度的回轉工作空間，工作空間范圍大。