CN102513259B - 一种喷涂机器人机械臂驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人机械臂驱动装置，其包括中间旋转驱动机构、伸缩驱动机构和前端的摆动驱动机构，所述的旋转驱动机构通过伺服电机带动机械臂旋转；所述的伸缩驱动机构通过伺服电机带动丝杠旋转，滚珠花键轴把滚珠丝杠螺母的旋转运动转化为机械臂伸缩运动；所述的前端的摆动驱动机构通过涨紧套连接在所述的伸缩驱动机构的伸缩轴前端，所述的前端的摆动驱动机构通过伺服电机及减速机带动摆转轴转动，从而带动喷枪摆动。

Description

一种喷涂机器人机械臂驱动装置

技术领域：

本发明涉及喷涂机器人，特别涉及一种喷涂机器人机械臂驱动装置

背景技术：

中国专利申请CN200480008390.1公开了一种在涂装生产线运用的喷涂机器人的实例，其包括第一至第四机器人，它们全由控制器控制并设置为靠近传送线，以及喷射器机构，其设在第一至第四机器人的臂的端部上，该第一至第四机器人的动作被教导，将包括丙烯酸共聚物的液体喷射到车身上。该机器人是多关节工业机器人，其包括底座、以及从底座依顺序的第一臂、第二臂和第三臂，并且第三臂的末端设有喷射器机构。串联式喷涂机器人结构复杂、形式单一、零件难加工。

中国专利申请CN200410013789.2公开了一种滚珠花键驱动的三自由度串并联混合式机器人，并联式机器人存在传动方式控制繁琐。

发明内容：

本发明提供一种驱动方式柔性高，结构简单，性能可靠的智能喷涂机器人机械臂驱动装置。

本发明的技术解决方案是：一种喷涂机器人机械臂驱动装置包括旋转驱动机构、后端伸缩驱动机构和前端的摆动驱动机构，旋转驱动机构通过旋转伺服电机带动齿轮副旋转，来达到机械臂的旋转运动；后端伸缩驱动机构与旋转驱动机构中从动齿轮连接，后端伸缩驱动机构通过伸缩伺服电机带动丝杠旋转，滚珠花键轴把滚珠丝杠螺母的旋转运动转化为机械臂伸缩运动；摆动驱动机构通过涨紧套连接在伸缩驱动机构的伸缩轴前端，摆动驱动机构通过前端的摆动伺服电机减速机带动摆转轴转动，从而带动喷枪做摆转运动。以上机构均能对喷枪单独进行操作，也可以将上述运动一个以上的运动合成起来，就能使喷枪在空间内完成复杂的空间曲线运动，即能完成各种工件的喷涂任务。

智能控制系统控制所有伺服电机动作带动对应元件实现喷枪的旋转、前后伸缩、±90°摆动并保持喷涂方向始终垂直于工作面。输调漆系统控制喷枪的喷涂、喷速、喷涂时间、颜色。所述输调漆系统和智能控制系统均按放在喷漆室外部，它包括一系列的集成，用于该机器人的喷漆与控制。

本发明喷涂机器人机械臂的伺服电机均外置，从而便于安装、拆卸及维护方便。

本发明喷涂机器人机械人机械臂旋转、伸缩和摆动分别由不同伺服电机控制驱动，因此具有柔性高，结构简单，性能可靠。

本发明机械臂伺服电机均能对喷枪单独进行操作，也可以将上述运动一个以上的运动合成起来，故障易于排除，易于程序调控，安全可靠，就能使喷枪在空间内完成复杂的空间曲线运动，即能完成各种工件的自动喷涂任务。

附图说明：

图1是在框架内平面移动的本发明喷涂机器人透视图；

图2是本发明喷涂机器人机械臂透视图；

图3A是本发明喷涂机器人机械臂正视图；

图3B是图3A中A—A剖视图；

图4是本发明喷涂机器人机械臂的另一个实施方式示意图。

相同的附图标记表示相同部件或相似部件，其中附图标记表示如下：

1升降伺服电机、2升降柔性联轴器、3上轴承座、4机身、5升降滚珠丝杠、6横向移动伺服电机、7上线性模组、8上支撑板、9上线性模组滑块、10后端伸缩驱动机构伺服电机、11机器人臂旋转驱动机构、12下支撑板、13左右移动导向轨、14喷枪支架、15喷枪摆动支架、16摆动伺服电机及减速机、17喷枪、18下轴承座、19挡板、20机座、21滚珠丝杠固定筒、22滚珠花键轴支架、23输调漆系统、24智能控制系统、25框架上横梁、34滚珠螺母滑块座、37锥齿轮副、38摆动支架、39滚珠花键轴、40从动轴齿轮、41主动轴齿轮、42旋转座、43旋转伺服电机、44固定筒连接法兰、45伸缩伺服电机、46伸缩柔性联轴器、47花键轴顶盖。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1示出了在框架内平面移动的本发明喷涂机器人。其中左右升降伺服电机1置于左右机身4的框架顶部。升降伺服电机1下端依次连接升降柔性联轴器2、上轴承座3和升降滚珠丝杠5，升降滚珠丝杠5上端连接在上轴承座3上，下端连接在下轴承座18上。左右机身4分别呈H形框架结构，其升降柔性联轴器2、上轴承座3、升降滚珠丝杠5和下轴承座18分别置于机身4的H形框架内。上支撑板8和下支撑板12左右两端滚珠螺母滑块座分别套接于升降滚珠丝杠5上。

上述升降伺服电机1、升降柔性联轴器2、上轴承座3、机身4、升降滚珠丝杠5和下轴承座18构成了本发明喷涂机器人上下升降装置，升降伺服电机1带动升降柔性联轴器2转动，升降柔性联轴器2带动固定在上下轴承座3、18之间的升降滚珠丝杠5转动，升降滚珠丝杠5带动支撑板8和下支撑板12的同步上下升降运动。

左右机身4通过挡板19固定在机座20上，机座20既可以固定在地面上，也可以在其底部安装滚轮，可滚动地连接铁轨上，可以采用伺服电机和滚珠丝杠驱动机座20沿铁轨移动(图中未示出)。左右机身4上端通过框架上横梁25连接起来，上述左右机身4、上横梁25和机座20构成平面框架结构，本发明喷涂机器人在该平面框架结构内上下左右移动。从而能确保本发明喷涂机器人移动的位置度、平行度、稳定度。不会出现串联式机器人悬臂梁挠度问题及振动不稳定的问题。

在平面框架结构中，设置有上支撑板8和下支撑板12，上支撑板8和下支撑板12的左右两端分别固定在滚珠螺母滑块座34上，滚珠螺母滑块座34套接在升降滚珠丝杠5上。

上线性模组7固定在上支撑板8上。横向移动伺服电机6带动上线性模组滑块9左右移动。下线性滑轨包括左右移动导向轨13和下线性滑轨滑块，下线性滑轨与下支撑板12固定相连，下线性滑轨滑块可随动滑动地固定在左右移动导向轨13上。

横向移动伺服电机6驱动本发明喷涂机器人机械臂左右移动，升降伺服电机1驱动本发明喷涂机器人机械臂上下升降，因此本发明喷涂机器人机械臂在平面框架结构中可进行上下左右复合运动，构成了本发明喷涂机器人腿行走驱动机构。

在平面框架结构内，在下支撑板12左右两端分别设置有左移动限位开关30和右移动限位开关31，在机身4的H形框架内两端分别设置上升位限位开关32和下降位限位开关33，从而限定了本发明喷涂机器人腿行走驱动机构行走活动范围。

将平面框架结构的底部安装滚轮，可滑动地连接铁轨上，通过伺服电机和滚珠丝杠驱动机座20沿铁轨移动，从而构成本发明喷涂机器人整体移动。

上述平面框架内驱动装置构成了本发明喷涂机器人腿部行走部分。

图2、图3A和图3B示出了本发明喷涂机器人机械臂驱动装置，该机器人机械臂驱动装置包括中间旋转驱动机构、后端伸缩驱动机构和前端的摆动驱动机构。

所述中间旋转驱动机构包括：从动旋转齿轮40、主动旋转齿轮41、旋转座42、旋转伺服电机43；旋转伺服电机43通过螺栓与旋转座42连接，旋转伺服电机43通过键带动主动旋转齿轮41旋转，主动旋转齿轮41又带动从动旋转齿轮40旋转，从动旋转齿轮40与滚珠丝杠固定筒21连接，从而带动喷枪支架14旋转。

后端伸缩驱动机构包括：滚珠花键轴39、花键轴顶盖47、滚珠花键轴支架22、滚珠丝杠固定筒21、固定筒连接法兰44、联轴器护罩45、伸缩柔性联轴器46、伸缩伺服电机10；伸缩伺服电机10通过伸缩柔性联轴器46带动滚珠丝杠旋转，滚珠花键轴39把丝杠上螺母的旋转运动转化为伸缩运动，从而实现喷枪支架14的伸缩运动。

所述前端的摆动机构包括：喷枪支架14、喷枪摆动支架15、摆动伺服电机及减速机16、喷枪17；摆动伺服电机及减速机16固定在喷枪摆动支架15上，摆动伺服电机及减速机16正反方向的旋转，通过旋转轴带动喷枪摆动支架15作摆动，喷枪支架14固定在喷枪摆动支架15上，从而实现喷枪支架14的摆动。

旋转伺服电机43通过螺栓与旋转座42连接，旋转伺服电机43通过键带动主动旋转齿轮41旋转，主动旋转齿轮41又带动从动旋转齿轮40旋转，从动旋转齿轮40与滚珠丝杠固定筒21连接，从而带动滚珠丝杠固定筒21旋转；伸缩伺服电机10通过伸缩柔性联轴器46带动滚珠丝杠旋转，滚珠花键轴39把丝杠上螺母的旋转运动转化为伸缩运动，从而实现喷枪支架14的伸缩运动；摆动伺服电机及减速机16固定在摆动支架38上，通过旋转轴带动喷枪摆动支架15作摆动，喷枪支架14固定在喷枪摆动支架15上，从而实现喷枪支架14的摆动；上述三种种运动的复合实现了喷枪支架14的旋转、伸缩、摆动。

本发明喷涂机器人机械臂的运动包括所述旋转驱动机构驱动机械臂自身的旋转运动、所述伸缩机构驱动机械臂自身延伸运动，所述摆动机构驱动机械臂前端摆动，从而实现本发明喷涂机器人机械臂旋转、伸缩、摆动的智能驱动。以上机构均能对喷枪单独进行操作，也可以将上述运动一个以上的运动合成起来，就能使喷枪在空间内完成复杂的空间曲线运动，即能完成各种工件的喷涂任务。

输调漆系统23和智能控制系统24分别通过管路和电缆与相应的驱动装置相连。

虽然上面已经详细地描述本发明具体实施方式，但并非穷尽实现本发明的所有实施方式，上述具体实施方式仅仅是示例性描述，本领域技术人员在本发明的具体实施方式描述基础上，通过增减、修改、替换方式变换成许多的不同实施方式来。

如图2所示，所述旋转驱动机构通过主动旋转齿轮41又带动从动旋转齿轮40旋转，通过变换，可以将旋转齿轮副变换成正时链条驱动或正时皮带驱动。

所述伸缩伺服电机10通过伸缩柔性联轴器46带动滚珠丝杠旋转，滚珠花键伸缩轴39把丝杠上螺母的旋转运动转化为伸缩运动，通过变换，所述伸缩伺服电机10通过伸缩柔性联轴器46带动齿轮传动变换，从而带动齿条直线运动。

所述前端的摆动伺服电机及减速机16正反方向的旋转，通过旋转轴带动喷枪摆动支架15作摆动，通过变换，变换成图4所示的锥齿轮整副37的驱动方式。如图4所示，摆动伺服电机及减速机16设置在机械臂驱动装置的中心轴线上，通过锥齿轮整副37驱动一侧或两侧的。

智能控制系统24控制所有伺服电机动作带动对应元件实现喷枪的上下升降、左右平移、前后伸缩、±90°摆动并保持喷涂方向始终垂直于工作面。输调漆系统23控制喷枪的喷涂、喷速、喷涂时间、颜色。所述输调漆系统和智能控制系统均按放在喷漆室外部，它包括一系列的集成，用于该机器人的喷漆与控制。

本发明喷涂机器人的伺服电机均外置，从而便于安装、拆卸及维护方便。

本发明喷涂机器人机械臂旋转伸缩和摆动分别由不同伺服电机控制驱动，因此具有柔性高，结构简单，性能可靠。

本发明伺服电机均能对喷枪单独进行操作，也可以将上述运动一个以上的运动合成起来，故障易于排除，易于程序调控，安全可靠，就能使喷枪在空间内完成复杂的空间曲线运动，即能完成各种工件的自动喷涂任务。

本发明的特点是旋转采用高精度齿轮转动，刚性强；伸缩机构采用滚珠丝杠和滚珠花键轴传动，运行精确平稳；摆动机构采用伺服电机及减速机驱动，机构简洁，容易控制。

本发明喷涂机器人机械臂驱动装置不仅仅用于涂装生产线中，而且该机器人机械臂驱动装置也可以应用焊接机器人、装配机器人、搬运机器人等各种机器人驱动装置中。

Claims (10)

1.一种喷涂机器人机械臂驱动装置，其包括中间旋转驱动机构、后端伸缩驱动机构和前端的摆动驱动机构，所述的中间旋转驱动机构通过旋转伺服电机带动机械臂旋转，从而带动喷枪支架旋转；所述的后端伸缩驱动机构通过伸缩伺服电机带动丝杠旋转，滚珠花键轴把滚珠丝杠螺母的旋转运动转化为机械臂伸缩运动，从而带动喷枪支架伸缩运动；所述的前端的摆动驱动机构通过涨紧套连接在所述的伸缩驱动机构的伸缩轴前端，所述的前端的摆动驱动机构通过前端的摆动伺服电机及减速机带动摆转轴转动，从而带动喷枪支架摆动，将上述喷枪支架旋转、喷枪支架伸缩运动和喷枪支架摆动构成单独的运动或一个以上的复合运动。

2.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述中间旋转驱动机构还包括：从动旋转齿轮、主动旋转齿轮、旋转座；所述旋转伺服电机通过螺栓与旋转座连接，所述旋转伺服电机通过键带动所述主动旋转齿轮旋转，所述主动旋转齿轮又带动所述从动旋转齿轮旋转。

3.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述后端伸缩驱动机构还包括：滚珠花键轴、滚珠丝杠、伸缩柔性联轴器、螺母；所述伸缩伺服电机通过所述伸缩柔性联轴器带动所述滚珠丝杠旋转，所述滚珠花键轴把所述滚珠丝杠上螺母的旋转运动转化为伸缩运动。

4.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述前端的摆动驱动机构还包括：喷枪摆动支架、喷枪；所述摆动伺服电机及所述减速机固定在所述喷枪摆动支架上，所述摆动伺服电机及所述减速机正反方向的旋转带动喷枪摆动支架作摆动，所述喷枪摆动支架实现喷枪支架的摆动。

5.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述喷涂机器人机械臂旋转、伸缩和摆动分别由外置的不同伺服电机控制驱动。

6.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述中间旋转驱动机构还包括：从动旋转链轮、主动旋转链轮、正时链条驱动、旋转座；所述旋转伺服电机通过螺栓与旋转座连接，所述旋转伺服电机通过键带动所述主动旋转链轮旋转，所述主动旋转链轮通过所述的正时链条驱动带动所述从动旋转链轮旋转。

7.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述中间旋转驱动机构还包括：从动旋转齿轮、主动旋转齿轮、正时皮带、旋转座；所述旋转伺服电机通过螺栓与旋转座连接，所述旋转伺服电机通过键带动所述主动旋转齿轮旋转，所述主动旋转齿轮通过所述的正时皮带带动所述从动旋转齿轮旋转。

8.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，其特征在于所述的前端的摆动驱动机构通过锥齿轮副驱动一侧或两侧的喷枪支架。

9.根据权利要求1所述的喷涂机器人机械臂驱动装置，所述的旋转伺服电机通过螺栓与旋转座连接，所述的旋转伺服电机通过键带动主动旋转齿轮旋转，主动旋转齿轮又带动从动旋转齿轮旋转，从动旋转齿轮与滚珠丝杠固定筒连接，从而带动滚珠丝杠固定筒旋转；所述的后端伸缩伺服电机通过伸缩柔性联轴器带动滚珠丝杠旋转，所述的滚珠花键轴把丝杠上螺母的旋转运动转化为伸缩运动，从而实现滚珠花键轴的伸缩运动；所述前端的摆动伺服电机及减速机固定在转向支架上，通过旋转轴带动喷枪摆动支架作摆动，喷枪支架固定在喷枪摆动支架上，从而实现喷枪支架的摆动。

10.一种喷涂机器人机械臂驱动装置，其包括中间旋转驱动机构、后端伸缩驱动机构和前端的摆动驱动机构，所述的中间旋转驱动机构通过旋转伺服电机带动机械臂旋转，从而带动喷枪支架旋转；所述后端伸缩驱动机构的伸缩伺服电机通过伸缩柔性联轴器驱动锥齿轮副，从而带动固定筒上的齿条直线运动，从而带动喷枪支架伸缩运动；所述的前端的摆动驱动机构通过涨紧套连接在所述的伸缩驱动机构的伸缩轴前端，所述的前端的摆动驱动机构通过前端的摆动伺服电机及减速机带动摆转轴转动，从而带动喷枪支架摆动，将上述喷枪支架旋转、喷枪支架伸缩运动和喷枪支架摆动构成单独的运动或一个以上的复合运动。

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