一種采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂的制作方法

發明涉及機械領域，特別是一種采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂。

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采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂，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，本發明提供了一種采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂，包括底座1、大臂升降機構、手腕連桿俯仰機構、手腕27、噴嘴28、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22； 所述大臂升降機構包括大臂20、第一連桿3和第二連桿6，所述大臂20一端通過第三轉動副19與底座1連接，另一端通過第六轉動副8與手腕連桿9連接；所述第一連桿3一端通過第一轉動副2與底座1連接，另一端通過第二轉動副4與第二連桿6一端連接，第二連桿6另一端通過第四轉動副21與大臂20連接；所述手腕連桿俯仰機構包括主動桿17、第三連桿15、連接件13和第四連桿11，所述主動桿17一端通過第十一轉動副18與底座1連接，另一端通過第十轉動副16與第三連桿15一端連接，第三連桿15另一端通過第九轉動副14與連接件13的第一個端連接，所述第四連桿11一端通過第八轉動副12與連接件13的第二個端連接，另一端通過第七轉動副10與手腕連桿9連接，連接件13的第三個端通過第五轉動副7與大臂20連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22分別安裝在第二轉動副4和第五轉動副7上，能夠按照涂裝作業機械臂構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與主動桿17連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22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，利用一主動桿即可實現二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為本發明所述一種采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂示意圖。

具體實施方式

一種采用伺服電機驅動可變自由度連桿式涂裝作業機械臂，包括底座1、大臂升降機構、手腕連桿俯仰機構、手腕27、噴嘴28、伺服驅動裝置、第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22；所述底座1安裝在可移動回轉平臺上；所述大臂升降機構包括大臂20、第一連桿3和第二連桿6，所述大臂20一端通過第三轉動副19與底座1連接，另一端通過第六轉動副8與手腕連桿9連接；所述第一連桿3一端通過第一轉動副2與底座1連接，另一端通過第二轉動副4與第二連桿6一端連接，第二連桿6另一端通過第四轉動副21與大臂20連接；所述手腕連桿俯仰機構包括主動桿17、第三連桿15、連接件13和第四連桿11，所述主動桿17一端通過第十一轉動副18與底座1連接，另一端通過第十轉動副16與第三連桿15一端連接，第三連桿15另一端通過第九轉動副14與連接件13的第一個端連接，所述第四連桿11一端通過第八轉動副12與連接件13的第二個端連接，另一端通過第七轉動副10與手腕連桿9連接，連接件13的第三個端通過第五轉動副7與大臂20連接；所述第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22分別安裝在第二轉動副4和第五轉動副7上，能夠按照涂裝作業機械臂構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與主動桿17連接以驅動其轉動； 第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22采用電磁方式進行鎖緊。

在工作中，大臂20升降時，第一鎖緊裝置5打開，第二轉動副4恢復自由度，第二鎖緊裝置22鎖緊，第五轉動副7失去自由度，此時，大臂20在主動桿17作用下升降。手腕連桿9單獨俯仰時，第二鎖緊裝置22打開，第五轉動副7恢復自由度，第一鎖緊裝置5鎖緊，第二轉動副4失去自由度，大臂20相對底座1失去自由度，此時手腕連桿9在主動桿17驅動下實現俯仰。在整個涂裝作業作業過程中，第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22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、手腕連桿12與手腕27的俯仰等運動，實現噴嘴28的涂裝作業作業。第一鎖緊裝置5和第二鎖緊裝置22采用電磁方式進行鎖緊，控制容易實現。