CN102333622B - 机器人、特别是喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人(1)，特别是用于喷涂构件、例如机动车身构件的喷涂机器人，具有：可相对彼此枢转的多个机器人元件(3，4，5，6)和至少一个可弯曲的供给线路(10)，所述供给线路被从近端机器人元件(3)引导到远端机器人元件(6)。本发明提出，近端机器人元件(3)中的供给线路(10)可相对于供给线路(10)的纵向轴线轴向移动，使得供给线路(10)可在机器人(1)的枢转运动过程中执行轴向补偿运动。

Description

机器人、特别是喷涂机器人

技术领域

本发明涉及一种根据主权利要求的机器人、特别是用于喷涂机动车身构件的喷涂机器人。

背景技术

传统喷涂机器人具有多个可相对彼此摆动和转动的机器人元件，所述多个机器人元件在运动学上一个位于另一个之后，且引导作为施加装置的旋转式喷雾器，例如，其中，旋转式喷雾器通过多个供给线路被例如供给油漆、冲洗剂、驱动空气和高电压。该结构中的问题是供给线路在各个机器人元件中的引导，这是因为机器人的位置变化使得线路的所需长度产生相应的变化。因此，在众所周知的喷涂机器人上，供给线路通过摆动关节被作为束引导，其中，束轴向上通过应变消除机构在摆动关节之前和之后被运动学上固定。机器人的位置变化所需的长度补偿专门通过放置在应变消除机构之间的可见的补偿回弯部实现。

如上所述的用于喷涂机器人的传统的线路引导的不足是，首先，需要放置在应变消除机构之间的补偿回弯部来实现机器人运动所需的长度补偿，借此，供给线路不必长些，而长对成本、重量、油漆的损失和气动控制时间都是不利的。

长度补偿所需的补偿回弯部的另一不足是，补偿回弯部需要相对较大的空间，所述补偿回弯部通常突出超过多元件机器人臂的外部轮廓，因此限制了喷涂机器人的运动自由。

而且，上述传统的喷涂机器人的制造成本和组装时间相对较多，这是因为供给线路需要多个轴向应变消除机构，且该多个轴向应变消除机构必须以需要大量时间和成本的方式组装。

用于喷涂机器人的供给线路的传统的线路引导的另一不足源于：喷涂机器人通常还允许绕着大致垂直的转动轴线转动运动，其中，供给线路被加载扭。轴向应变消除机构减少供给线路的必然吸收产生的扭转载荷的自由软管长度。因此，传统的线路引导上的应变消除机构使得扭转产生的载荷增大，从而，另外的软管长度必须准备好来吸收产生的扭转载荷。

而且，喷涂机器人上的传统的线路引导的另一不足是，供给线路不能在软管引导平面上被引导，因此，妨碍使用可使清洁管道的物体通过的供给软管。

而且，不利的是，使用的供给软管另外需要机械加载，需要相关的螺钉连接，以及在软管安装或软管更换方面为了组装和拆卸所需的时间和成本的增大。另外，对于传统的线路引导，通常需要专门的构件，这也是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种喷涂机器人，其相应地改进了供给线路的线路引导。

上述目的通过一种根据主权利要求的喷涂机器人实现。

根据本发明的机器人包括多个机器人元件(例如，机器人臂)，所述多个机器人元件可相对彼此枢转或转动。根据本发明的机器人还包括至少一个可弯曲的供给线路，所述供给线路被从近端机器人元件(例如，固定或可移动安装的机器人基座)被引导到远端机器人元件(例如，机器人臂)。根据本发明的机器人的特征在于，供给线路在近端机器人元件中可相对于供给线路的纵向轴线轴向移动，使得供给线路可在机器人的摆动运动过程中执行轴向补偿运动。

这是有利的，因为机器人中的供给线路的长度要求会随机器人的位置变化，从而，供给线路的轴向补偿运动可补偿变化的长度要求。

与上述传统喷涂机器人相比，根据本发明的机器人的供给线路轴向上未固定，从而，通常可省去轴向应力消除机构。然而，本发明并不局限于供给线路不具有任何轴向应力消除机构的机器人。相反，本发明也涵盖例如在远端机器人元件中设有轴向应力消除机构的这种机器人。

在本发明的一个优选的实施例中，机器人还包括机械张拉元件，所述机械张拉元件在供给线路上施加轴向和朝向近端指向的恢复力。如果供给线路的长度需求由于机器人的运动减小，则张拉元件将供给线路朝近端方向回拉。如果供给线路的长度需求由于机器人的运动增大，则供给线路通过机器人的抵抗张拉元件的回拉力的运动而朝着远端方向被牵拉。

在本发明的优选实施例中，张拉元件是现有技术中公知的弹簧杆，使得供给线路的弯曲载荷产生相应的恢复力。这种弹簧杆可由弹簧钢制成且可以螺旋形式环绕着供给线路的一部分。作为一种替代方式，弹簧杆也可位于供给线路中。因此，张拉元件通常可包括弹簧元件，所述弹簧元件可位于供给线路内和/或外。

然而，弹簧杆的恢复力初始沿着径向方向作用，然而，对于合适的线路引导结构，该恢复力转化为轴向作用的恢复力。

在本发明的思想下，也可使用其他不同类型的张拉元件来代替弹簧杆，例如弹性的缆绞件、螺旋弹簧或GRP杆，所述GRP杆环绕供给线路，且所述GRP杆一方面接合壳体固定相配支承结构，另一方面接合安装在供给线路上的线路凸缘，使得螺旋弹簧将线路凸缘与供给线路一起从壳体固定相配支承结构轴向推离。

可在本发明的思想下使用的张拉元件的其他一个实例是公司IGUSGmbH出售的商标为Triflex的管引导件。

也可使用如DE 202 21 807 U1中所述的张拉元件。

因此，张拉元件也可直接产生轴向恢复力，即不需要由径向恢复力转化而来。例如，为此，张拉元件可被设计为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧在外或内环绕着供给线路，且与供给线路的壁相连。这样，供给线路的轴向伸长与螺旋弹簧的相应的轴向伸长关联，借此，产生轴向恢复力。

关于张拉元件，还应指出，张拉元件优选相对于近端机器人元件位置固定地设置，且在近端机器人元件中产生恢复力。

在本发明的优选的实施例中，供给线路包括补偿回弯部，所述补偿回弯部优选位于近端机器人元件中，其中，补偿回弯部允许供给线路由于机器人的运动而产生上述轴向补偿运动。因此，补偿回弯部的长度优选至少为供给线路的长度在机器人的操作过程中的最大变化量那么大。

在此，补偿回弯部优选包括两个线路腿部，其中，成弹簧杆的形式的张拉元件可接合在补偿回弯部的近端线路腿部上或远端线路腿部上。

而且，还应指出，在该优选实施例中，供给线路基本上在软管引导平面上延伸，即与相应的机器人位置无关。这具有的优点在于，供给线路在机器人位置变化的情况下仅经受弯曲，而不经受扭转，这简化了可通过清洁管道的物体的软管的布置。

在本发明的优选的实施例中，机器人具有第一机器人元件(例如，机器人基座)，所述第一机器人元件可选地位置固定地安装或可在运行轨上移动地安装，这可从现有现有技术中得知。

而且，优选地，提供了第二机器人元件，所述第二机器人元件可转动地连接到第一机器人元件，其中，第二机器人元件的转动轴线优选垂直布置。

第二机器人元件优选可转动地连接在第一机器人元件下方，但第二机器人元件也可以可选地以可转动的方式位于第一机器人元件上方或位于第一机器人元件的侧向。

而且，优选设有成机器人臂的形式的可枢转地连接到第二机器人元件的第三机器人元件，其中，第三机器人元件的枢转轴线优选水平布置。

优选地，成机器人臂的形式的第四机器人元件可枢转地连接到第三机器人元件，其中，第四机器人元件的枢转轴线也优选水平布置。

第四机器人元件优选形成远端机器人臂，所述机器人臂引导多轴机器人腕部，所述多轴机器人腕部在现有技术中是公知的，因此，在此不必进行更详细地描述。

机器人腕部最后引导工具，例如喷雾器，优选是旋转式喷雾器。然而，本发明还涵盖引导另一类型工具、例如用于施加缝密封剂的喷嘴头或用于施加液体膜的涂覆头的其他类型的机器人。

对于根据本发明的机器人的上述结构，供给线路可在一个或多个或甚至所有机器人元件中轴向移动。而且，供给线路优选也可在相邻的机器人元件之间的枢转或转动关节中轴向移动，以便允许前面所述的在机器人位置变化过程中的补偿运动。

开始在现有技术的描述中提及到，长度补偿所需的补偿回弯部通常在机器人臂的外部轮廓上突出，因此限制了机器人的运动自由，这是因为在外部轮廓上突出的补偿回弯部与待喷涂的机动车身构件或喷涂舱的边界之间的相碰在任何情况下都必须要避免。另一方面，在根据本发明的机器人上，线路引导结构优选设计成使供给线路在枢转平面上与机器人位置无关地未突出超过相应的机器人元件的外部轮廓。这通过以下方式实现：机械张拉元件向供给线路施加轴向恢复力而使供给线路与机器人位置无关地始终被捋顺，使得供给线路不突出超过相应的机器人臂的外部轮廓。

在本发明的优选的实施例中，具有三个机器人元件，所述三个机器人元件在运动学上一个位于另一个之后，且可相对彼此枢转，其中，运动学上布置在外侧的机器人元件大致位于共同的枢转平面上，而运动学上位于它们之间的机器人元件相对于枢转平面侧向偏移，因此为供给线路留出了空间。在此，供给线路跨接运动学上位于外侧的机器人元件之间的中间空间，且优选在运动学上位于中间的机器人元件的外部的侧旁处在中间空间中延伸。一个方面，这种布置提供了以下优点：供给线路在其整个长度上可在软管引导平面上延伸，这简单地实现供给线路的通过清洁管道的物体的能力。另一方面，利用这种类型的线路引导也可基本上避免供给线路的弯曲。

在本发明的情况下使用的术语“供给线路”优选指软管束，所述软管束包括多个软管线路，其中，各个软管线路例如可传递：用于旋转式喷雾器的驱动空气、喷涂材料(例如油漆)、用于喷涂材料的溶剂、脉冲式空气和/或用于喷雾器的静电喷涂操作的高电压。因此，供给线路可涉及流体线路或电线路。

在本发明的优选实施例中，根据本发明的机器人还具有结构上集成的颜色变换器，所述颜色变换器优选连接到远端机器人臂上或远端机器人臂中，其中，流体供给线路优选可使清洁管道的物体行进到颜色变换器。

还应指出的是，本发明并不局限于上述作为单个装置的机器人，而是还包括配备有至少一个这样的喷涂机器人的完整的喷涂设备。

本发明最后还包括这种机器人在用于喷涂机动车身构件的喷涂设备中的新应用。

附图说明

本发明的其他有利的改进记载在从属权利要求中，或下面通过结合附图描述本发明的优选实施例对此进行更详细地解释。附图包括：

图1示出了根据本发明的喷涂机器人的一个优选实施例的侧视图；

图2示出了图1的喷涂机器人的俯视图；

图3示出了图1和2所示的喷涂机器人的透视图；

图4A示出了用于根据图1-3的喷涂机器人的供给线路的轴向张拉的弹簧杆的示意图；以及

图4B示出了弹簧杆处于偏转状态时的示意图。

具体实施方式

图1-3示出了根据本发明的喷涂机器人1的多种视图，所述喷涂机器人例如可用于在喷涂设备中对机动车身构件进行喷涂。

在这种情况下，喷涂机器人1可选地静止或可线性移动地安装在连接凸缘2上。

连接凸缘2在此定位于机器人基座3上，其中，机器人基座3在其下侧承载可转动的机器人元件4，所述机器人元件4可绕着垂直转动轴线A1相对于机器人基座3转动。

机器人臂5可枢转地设置在可转动的机器人元件4上，其中，机器人臂5可绕着水平布置的枢转轴线A2相对于机器人元件4枢转，且使用机器人工程技术领域常用的专业术语称之为“臂1”。

远端机器人臂6可枢转地安装在机器人臂5的远端上，其中，远端机器人臂6使用机器人工程技术领域常用的专业术语称之为“臂2”，且可绕着水平延伸的枢转轴线A3相对于机器人臂5枢转。

多轴机器人腕部7连接到机器人臂6的远端上，其中，腕部7可以高度活动的方式定位传统的旋转式喷雾器8。

旋转式喷雾器8在此通过颜色变换器9被供给期望的油漆，其中，颜色变换器9位于远端机器人臂6中，因此，与旋转式喷雾器8较为相对接近，从而，颜色变换损失被最小化。

旋转式喷雾器8和颜色变换器9的供给通过成一束软管的形式的供给线路10进行，所述一束软管包括用于不同介质(例如，油漆、冲洗剂、驱动空气等)的许多软管线路。供给线路10在此从闭锁夹11开始，且初始产生补偿回弯部12，所述补偿回弯部12可在机器人的运动需要供给线路10的长度变化时沿着箭头方向产生供给线路10的轴向补偿运动。

供给线路10在此通过成弹簧杆3(参看图4A和4B)的形式的机械张拉元件被张拉，其中，张拉元件13向供给线路10施加轴向和朝向近端指向的恢复力。因此，张拉元件13试图在图1所示的图中将供给线路10向上拉出机器人基座3。这使得不管机器人的位置如何，供给线路10均不会突出超过机器人臂5的外部轮廓，这特别是在图1的侧视图中可以清楚地看出。这是有利的，这是因为通过这种方式，供给线路10不会限制喷涂机器人1的运动自由。

而且，可从图2中看出，供给线路10在其整个长度上基本上均在软管引导平面14上延伸。这是有利的，因为通过这种方式，供给线路10基本上仅经受弯曲而不经受扭转，这对于供给软管10的通过清洁管道的物体的能力来说是有利的。

关于图4A和4B，应当指出，张拉元件13也可以可选地与供给线路10的壁连接，使得供给线路10的轴向伸长与张拉元件13的相同尺寸的轴向伸长关联，这产生相应的轴向恢复力。

本发明并不局限于前面描述的优选的示例性实施例。而是，也利用了本发明的思想、因此也落在本发明的保护范围内的多种变型和修改也是可以的。而且，本发明与独立权利要求的特征独立地请求保护从属权利要求的主题。

附图标记列表：

1    喷涂机器人

2    连接凸缘

3    机器人基座

4    机器人元件

5    机器人臂

6    机器人臂

7     机器人腕部

8     旋转式喷雾器

9     颜色变换器

10    供给线路

11    闭锁夹

12    补偿回弯部

13    张拉元件

14    软管引导平面

A1    旋转轴线

A2    枢转轴线

A3    枢转轴线

Claims (16)

1.一种机器人(1)，具有：

a)可相对彼此枢转的多个机器人元件，以及

b)至少一个可弯曲的供给线路(10)，所述供给线路被从近端机器人元件引导到远端机器人元件，

其特征在于，

c)供给线路(10)可在近端机器人元件中相对于供给线路(10)的纵向轴线轴向移动，使得供给线路(10)可在机器人(1)的枢转运动过程中执行轴向补偿运动，

d)所述多个机器人元件中的三个机器人元件在运动学上一个位于另一个之后，且可相对彼此枢转，其中，运动学上布置在外侧的机器人元件大致位于共同的枢转平面上，而运动学上位于它们之间的机器人元件相对于枢转平面侧向偏移，因此为供给线路留出了空间，所述供给线路跨接运动学上布置在外侧的机器人元件之间的中间空间，且在运动学上位于中间的机器人元件的外部的侧旁处在中间空间中延伸，

e)供给线路(10)可使清洁管道的物体行进到远端机器人元件和进入到远端机器人元件中。

2.如权利要求1所述的机器人(1)，其特征在于，

a)相邻的机器人元件通过关节可转动地或可枢转地连接到彼此，以及

b)供给线路(10)穿过所述关节。

3.如前面权利要求中任一所述的机器人(1)，其特征在于，所述机器人具有机械张拉元件(13)，所述机械张拉元件在供给线路(10)上施加轴向和朝向近端指向的恢复力。

4.如权利要求3所述的机器人(1)，其特征在于，

a)张拉元件(13)是弹簧杆，和/或

b)张拉元件(13)相对于近端机器人元件位置固定地设置，和/或

c)张拉元件(13)在近端机器人元件中产生恢复力。

5.如权利要求1、2、4中任一所述的机器人(1)，其特征在于，

a)供给线路(10)包括补偿回弯部(12)，

b)补偿回弯部(12)位于所述近端机器人元件处，

c)补偿回弯部(12)允许供给线路(10)在机器人(1)的枢转运动过程中产生轴向补偿运动。

6.如权利要求5所述的机器人(1)，其特征在于，

补偿回弯部(12)包括两个线路腿部，其中，张拉元件接合在补偿回弯部(12)的近端线路腿部上或远端线路腿部上。

7.如权利要求1、2、4、6中任一所述的机器人(1)，其特征在于，供给线路(10)基本上在供给线路引导平面上延伸。

8.如权利要求1、2、4、6中任一所述的机器人(1)，其特征在于，所述多个机器人元件包括：

a)位置固定或可在运行轨上移动的第一机器人元件，和/或

b)可转动地连接到第一机器人元件的第二机器人元件，和/或

c)成机器人臂的形式的第三机器人元件，所述第三机器人元件可枢转地连接到第二机器人元件，和/或

d)成机器人臂的形式的第四机器人元件，所述第四机器人元件可枢转地连接到第三机器人元件，和/或

e)连接到第四机器人元件的机器人腕部(7)，和/或

f)工具(8)，所述工具连接到机器人腕部(7)。

9.如权利要求8所述的机器人(1)，其特征在于，

a)第二机器人元件的旋转轴线(A1)大致垂直布置，和/或

b)第三机器人元件和第四机器人元件具有平行的枢转轴线(A2，A3)，和/或

c)第三机器人元件和第四机器人元件的枢转轴线(A2，A3)大致水平布置，和/或

d)供给线路(10)可在第二机器人元件中轴向移动，和/或

e)供给线路(10)可在第三机器人元件中轴向移动，和/或

f)供给线路(10)可在第一机器人元件和第二机器人元件之间的转动关节中轴向移动，和/或

g)供给线路(10)可在第二机器人元件和第三机器人元件之间的枢转关节中轴向移动，和/或

h)供给线路(10)可在第三机器人元件和第四机器人元件之间的枢转关节中轴向移动。

10.如权利要求1、2、4、6、9中任一所述的机器人(1)，其特征在于

a)供给线路(10)包括软管束，所述软管束包括多个软管线路。

11.如权利要求1、2、4、6、9中任一所述的机器人(1)，其特征在于，供给线路(10)引导以下媒介和/或包含以下线路：

a)用于旋转式喷雾器的驱动空气，

b)喷涂材料，

c)用于喷涂材料的溶剂，

d)脉冲式空气，

e)用于静电喷涂操作的高电压，

f)电信号传输线路，和/或

g)光波引导元件。

12.如权利要求8所述的机器人(1)，其特征在于，所述机器人具有安装在第四机器人元件上或第四机器人元件中的颜色变换器。

13.如权利要求3所述的机器人(1)，其特征在于，

a)张拉元件(13)包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧在内或外与供给线路(10)的壁固定地连接，使得螺旋弹簧与供给线路(10)经历相同的长度变化，且产生相应的轴向恢复力。

14.如权利要求3所述的机器人(1)，其特征在于，

a)张拉元件(13)包括位于供给线路(10)内和/或外的弹簧元件。

15.一种用于喷涂机动车身构件的喷涂设备，所述喷涂设备具有根据权利要求1-14中任一所述的机器人(1)。

16.根据权利要求1-14中任一所述的机器人(1)在用于喷涂机动车身构件的喷涂设备中的应用。