[发明专利]一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，包括有移动式基座、外框架、可调式辅助运动平台、回转运动平台、变刚度装置、卷筒机构、多齿轮组复合驱动机构、柔索驱动机构；可调式辅助运动平台上设置有用于驱动柔索驱动机构的变刚度装置、卷筒机构以及多齿轮组复合驱动机构；柔索驱动机构根据指令通过多齿轮组传动机构驱动可调式辅助运动平台，且通过驱动柔索机构以及液压推杆根据指令协调驱动回转运动平台，并通过对多类传感器采集信息的反馈融合。本发明能够有效控制机器人机构参数，实现由一个电机同时驱动四根柔索协调收放，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现无干涉、低成本的运动输出。

技术领域：

本发明涉及喷涂机器人领域，主要涉及一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法。

背景技术：

目前，喷涂机器人是工业机器人应用之一，表面喷涂是机械类、电器类外壳等产品制造工艺中表面防锈防腐蚀处理的关键环节，喷涂机器人是一种可自动进行喷涂的工业机器人，已广泛应用于汽车、仪表、电器等产品的涂装生产中。柔索驱动并联机器人是一种利用柔索代替传统并联机器人中的连杆作为驱动元件，在所期望的工作空间中对末端运动平台进行定位和定向的新型机器人，在轻量化的同时，工作空间、工作效率和运行精度都得到了提升，可以适应更复杂的工作环境及更高的工作要求，但是现有的柔索驱动的机器人每根柔索需要单独配备一个驱动电机，这种驱动方式会增加整个机器人制造成本，中国专利“CN202110466483.4”公开了一种具有大工作空间的可移动式电液复合驱动喷涂机器人，驱动柔索包括对称分布的8根绳索，然而柔索驱动的机器人每根柔索都必须配备独立的驱动电机，这种驱动方式增加了喷涂机器人制造成本；此外，此机构具有较大工作空间以及较高的灵活度，同时可以避免驱动绳与工件干涉。但是此机构在实际运行过程中会遇到各种不可预料的复杂工况，故柔索和工件，运动平台和工件之间仍有潜在的安全隐患。因此为了保证喷涂过程中柔索与工件不发生干涉，运动平台与工件不发生碰撞，需要设计一种系统响应迅速、信息处理能力强、成本低的喷涂机器人运动控制方法，对机构进行运动控制和实时监测。

柔索并联机器人机构在运动过程中会存在结构刚度低的问题，使得末端执行器运行不平稳，从而影响整个机构的正常运行，且随着柔索并联机器人的不断发展，对系统的稳定性、运动速度、精度要求越来越高，机构刚度问题也越来越重要。在柔索并联机器人的刚度研究中，大多忽略柔索的内张力，而实际上柔索内张力对系统刚度影响较大，尤其是并联柔索驱动机构。中国专利“CN103831819A”公开了一种模块化可重构柔索并联机构实验平台，中国专利“CN202010243559.2”公开了一种冗余约束柔索驱动下肢训练并联康复机器人及其控制方法。以上所述两种柔索并联机构没有考虑到柔索并联机构的刚度问题，没有提出一种能为柔索并联机构提供良好柔顺变刚度的装置。因此，对柔索并联机构进行刚度控制，增强柔索并联机构的稳定性和可靠性十分重要。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人及其控制方法，通过设计出一种多齿轮组复合驱动机构，让一个伺服电机通过多齿轮组复合驱动机构与四个卷筒机构相连，将一个伺服电机的运动同时传递给四根上驱动柔索，完成四根上驱动柔索的不同收放任务；同时提出一种喷涂机器人运动控制方法，保证喷涂过程中柔索与工件无干涉、末端运动平台与工件无碰撞，实现大空间、无干涉的运动输出；并设计出一种用于该柔索并联机构的变刚度装置，为柔索并联机器人提供良好的柔顺变刚度特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于多齿轮组复合驱动的喷涂机器人，包括有移动式基座、外框架、运动平台、变刚度装置、卷筒机构、多齿轮组复合驱动机构、柔索驱动机构；