CN103990570A - 一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手 - Google Patents

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    • B25J5/02—Manipulators mounted on wheels or on carriages travelling along a guideway

Abstract

一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，包括机械臂及2自由度手腕，机械臂包括：基础平台、机械臂本体、至少一移动机构、驱动电机；移动机构对应设置于基础平台与机械臂本体上；驱动电机固定于基础平台并连接至少一移动机构；2自由度手腕包括回转接头、回转驱动电机、径向移动电机、传动齿轮箱、回转板、正切机构、喷枪架；回转接头固定于机械臂本体并固连回转板；传动齿轮箱固定于机械臂本体的前端并设有第一、第二传动齿轮组，第一传动齿轮组连接回转驱动电机与回转板，第二传动齿轮组连接径向移动电机与正切机构的输入端，正切机构的输出端上固定喷枪架。为此，正切机构带动喷枪架可以实现不规则桶形工件内的3自由度表面喷涂。

Description

一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手
技术领域
本发明涉及一种喷涂装置，尤其涉及一种3自由度机械手，可以实现不规则桶形工件的内表面喷涂。 
背景技术
现有的自动喷涂一般采用喷涂机器人完成，现有的喷涂机器人一般采用6自由度串联结构，包括3自由度机械臂和3自由度手腕。这种结构对工件的外表面喷涂极为适宜，但对于长度直径比很大的不规则桶形工件，机械臂很难深入进行内表面喷涂，因此必须采用专门设计的装置进行作业。而目前尚未有应用于此的产品。 
发明内容
本发明的一目的在于提供一种专用于不规则桶形内表面喷涂的机械手，具有3个自由度，可以实现桶形工件内表面的连续喷涂。 
本发明的另一目的在于提供一种专用于不规则桶形内表面喷涂的机械手，保证涂料在工件表面的附着速度恒定，并能实现喷涂过程中喷枪与工件保持在固定的距离。 
为达上述目的，本发明提供一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，包括：机械臂、安装在机械臂前部的2自由度手腕，其特征在于， 
所述机械臂包括：基础平台、机械臂本体、至少一移动机构、驱动电机；所述移动机构对应设置于所述基础平台与所述机械臂本体上，将所述基础平台与所述机械臂本体滑动连接；所述驱动电机固定于所述基础平台上，并驱动连接至少一移动机构； 
所述2自由度手腕包括：回转接头、回转驱动电机、径向移动电机、传动齿轮箱、回转板、正切机构、喷枪架；所述回转接头的输入端固定于所述机械臂本体上，输出端与所述回转板固连；所述传动齿轮箱固定于所述机械臂本体 的前端，所述传动齿轮箱设置有第一传动齿轮组、第二传动齿轮组，所述第一传动齿轮组连接所述回转驱动电机，所述第二传动齿轮组连接所述径向移动电机；所述回转板连接所述第一传动齿轮组；所述正切机构为两个转动副和两个移动副组成的四连杆机构，所述正切机构的输入端连接所述第二传动齿轮组，所述正切机构的输出端上固定所述喷枪架。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述至少一移动机构包括一第一移动机构，所述第一移动机构又包括，设置于所述机械臂本体底面上的齿条、连接所述驱动电机并与所述齿条啮合的齿轮。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述至少一移动机构还包括一第二移动机构，所述第二移动机构又包括相配的导轨和导向块，分别设置于所述机械臂本体的两端与所述基础平台上。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述导轨设置于所述机械臂本体的两端的底面，所述导向块由多个导轮形成并对应所述导轨设置于所述基础平台上，每一导轮由两个轮体叠设而具有一凹面，所述导轨上对应所述凹面设有一凸出尖端。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述导轮以能够转动的方式设置于所述基础平台上。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述回转接头的输入端通过螺钉连接于所述机械臂本体的端部，所述回转接头的输出端贯穿所述齿轮箱的空轴与所述回转板固连。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述第一传动齿轮组与所述第二传动齿轮组分别通过轴承套设于所述齿轮箱的空轴上。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述正切机构包括：曲柄、轴承、滑块、滑轨，所述曲柄连接所述第二传动齿轮组，所述轴承设置于所述曲柄的端头，所述滑轨固定在所述回转板上，所述滑块设置在所述滑轨上并固定于所述曲柄的端头。 
上述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其中，所述回转驱动电机、所述径向移动电机为伺服电机。 
本发明的功效在于，通过由机械臂以及安装在机械臂前部的2自由度手腕组成的本发明，其机械臂伸缩使手腕能深入工件内部，手腕可实现绕桶形工件 近似轴线的连续回转和垂直桶形工件轴线的径向运动从而实现不规则桶形工件内的3自由度表面喷涂。 
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 
附图说明
图1a、图1b本发明机械手的主视和俯视结构图； 
图2本发明机械臂结构图； 
图2a为图2的A向视图； 
图2b为图2的B向视图； 
图3为2自由度手腕主视结构图； 
图3a为图3的A向视图（图中未显示喷枪架）； 
图3a-1为正切机构的工作原理； 
图4为2自由度手腕俯视结构图。 
其中，附图标记 
100   机械臂 
101   基础平台 
102   机械臂本体 
103   第一移动机构 
1031  齿条 
1032  齿轮 
104   第二移动机构 
1041  导轨 
1042  凸出尖端 
1043  导向块 
105   驱动电机 
200   2自由度手腕 
201   回转接头 
2011  回转接头输入端 
20111   回转接头安装孔 
2022    回转接头输出端 
202     回转驱动电机 
203     径向移动电机 
204     传动齿轮箱 
2041    第一传动齿轮组 
2042    第二传动齿轮组 
205     回转板 
206     正切机构 
2061    曲柄 
20611   曲柄端头 
2062    轴承 
2063    滑块 
20631   槽道 
2064    滑轨 
207     喷枪架 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述： 
在图1a、图1b所示的具体实施方式中，本发明揭示一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，所述的不规则桶形工件内表面例如是类似飞机进气道，包括：机械臂、安装在机械臂前部的2自由度手腕，其机械臂伸缩使手腕能深入工件内部，手腕可实现绕桶形工件近似轴线的连续回转和垂直桶形工件轴线的径向运动从而实现不规则桶形工件内的3自由度表面喷涂。 
参见图2，所述机械臂包括：基础平台、机械臂本体、移动机构、驱动电机；所述移动机构对应设置于所述基础平台与所述机械臂本体上，将所述基础平台与所述机械臂本体滑动连接；所述驱动电机固定于所述基础平台上，连接并驱动移动机构。 
参见图3所述2自由度手腕包括：回转接头、回转驱动电机、径向移动电机、传动齿轮箱、回转板、正切机构、喷枪架；所述传动齿轮箱固定于所述机 械臂本体的前端，所述传动齿轮箱设置有第一传动齿轮组、第二传动齿轮组，分别连接所述回转驱动电机和径向移动电机，用于带动所述回转板回转及带动所述正切机构的曲柄回转，正切机构曲柄带动滑块于固定在回转板上的滑轨进行直线运动，为此，固定在正切机构的滑块上的喷枪架可以实现不规则桶形工件内的3自由度表面喷涂。 
参见图2至图2b进一步揭示本发明机械臂的具体实施例 
图2本发明机械臂结构图；图2a为图2的A向视图；图2b为图2的B向视图。 
如图所示，机械臂100包括：基础平台101、机械臂本体102、第一移动机构103、第二移动机104、驱动电机105； 
所述驱动电机105固定于所述基础平台101上，用于提供驱动力实现机械臂100的伸缩移动。 
所述机械臂100通过至少一个移动机构带动而实现机械臂100的伸缩。本实施例采用第一移动机构103和第二移动机104两个移动机构。 
如图2a所示，第一移动机构103又包括，齿条1031齿轮1032，所述齿条1031设置于所述机械臂本体101底面的中部位置上，所述齿轮1032连接所述驱动电机并与所述齿条1031啮合，通过齿轮1032齿条1031传动带动机械臂本体101的移动。 
所述第二移动机构104又包括，导轨1041和导向块1043，通过导轨1041和导向块1043相配实现所述基础平台与所述机械臂本体滑动连接；所述导轨1041设置于所述机械臂本体101两端的底面，所述导轨的长度大致与所述机械臂本体101相等，所述导向块1043对应所述导轨1041设置在所述基础平台101上，如图2a、图2b所示，所述导向块1043是由多个导轮形成，每一导轮由两个轮体叠设而具有一凹面，所述导轮可以固定于所述基础平台101上，较佳的方案，所述导轮以可转动的方式设置于所述基础平台101上，这样，可以使所述导轨1041的滑动更加顺畅；所述导轨上对应所述凹面还设置有一凸出尖端1042，所述凸出尖端1042可以如图所示通过螺栓固定于导轨1041上，也可以于采用焊接或粘接等连接方式将所述凸出尖端1042固定于导轨1041上，还可于导轨1041上一体成型所述凸出尖端1042，不作具体限定。 
所述第二移动机构104偿不限定于上述实施例，还具有其它实施方式，例如，可以于所述基础平台101与所述机械臂本体102之一上设置一槽形滑轨，而于另一上对应设置一滑块即可。总之可以实现将所述基础平台与所述机械臂本体滑动连接即能够实现本发明的目的。 
本发明另一实施方式为，可以将所述第二移动机构连接驱动电机，而第一移动机构仅用于滑动连接。 
本发明再一实施方式为，可以仅设置一所述第一移动机构或一所述第二移动机构，并连接驱动电机，也能够实现本发明的目的。 
参见图3、图3a及图4进一步揭示本发明2自由度手腕的具体实施例 
图3为2自由度手腕主视结构图；图3a为图3的A向视图（图中未显示喷枪架）；图4为2自由度手腕俯视结构图。 
如图所示，所述2自由度手腕包括：回转接头201、回转驱动电机202、径向移动电机203、传动齿轮箱204、回转板205、正切机构206、喷枪架207。 
所述回转接头201的输入端2011上设置有回转接头安装孔20111，通过螺钉连接于所述机械臂本体102的端部，所述回转接头201的输出端2012转动连接于所述输入端2011，所述回转接头201的输出端2012贯穿所述齿轮箱的空轴与所述回转板205固连； 
所述传动齿轮箱204固定于所述机械臂本体101的前端，所述传动齿轮箱204内设置有第一传动齿轮组2041、第二传动齿轮组2042，所述第一传动齿轮组与所述第二传动齿轮组分别通过轴承套设于所述齿轮箱的空轴上； 
所述第一传动齿轮组2041输入端连接所述回转驱动电机202，输出端连接所述回转板205，用于提供所述回转板205的回转； 
所述第二传动齿轮组2042的输入端连接所述径向移动电机203，输出端连接一正切机构206； 
参见图3a-1所示，正切机构为两个转动副和两个移动副组成的四连杆机构，杆件01回转，杆件02摆动的同时在杆件01上滑动，带动杆件03在杆件04即基础的滑道内上下滑动。 
本发明采用图3a-1所示的正切机构的工作原理，实现将转动输入转化为直线输出，进一步地，包括：曲柄2061、轴承2062、滑块2063、滑轨2064，参见图3a并结合图3a-1，本实施例将所述第二传动齿轮组2042的输出端连接所述正切机构206的曲柄2061，带动所述曲柄2061转动，所述曲柄2061的端头20611设有一轴承2062，所述轴承2062设置于滑块2063的槽道20631内并可在滑道内滑动，所述滑轨2064固定在所述回转板205上，所述滑块2063设置于所述滑轨2064上，为此，由所述正切机构206的曲柄2061带动所述滑块2063于固定在回转板205上的滑轨2064进行直线运动，又将所述喷枪架207固定于所述滑块2063上，为此，固定在正切机构的滑块上的喷枪架可以实现不规则桶形工件内的3自由度表面喷涂。 
本发明回转驱动电机202、径向移动电机203选用伺服电机，这样，可以在机械手运动过程中实时控制各轴的位置和速度。通过控制滑块2063的伸缩，即可实施喷枪与被喷涂表面的距离不变。由于喷枪与被喷涂表面并不垂直，不同喷涂角度下喷枪回转不同角度涂料在工件表面的附着速度不同，通过控制喷枪回转速度即可保证涂料在工件表面的附着速度相同。 
综上，本发明揭示的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，特别是例如是类似飞机进气道的不规则内表面，通过由机械臂以及安装在机械臂前部的2自由度手腕组成的共同作用，使得机械臂伸缩使手腕能深入工件内部，手腕可实现绕桶形工件近似轴线的连续回转和垂直桶形工件轴线的径向运动从而实现不规则桶形工件内的3自由度表面的连续喷涂，并能保证涂料在工件表面的附着速度恒定，以及能实现喷涂过程中喷枪与工件保持在固定的距离。 
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (9)

1.一种用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，包括：机械臂、安装在机械臂前部的2自由度手腕，其特征在于，
所述机械臂包括：基础平台、机械臂本体、至少一移动机构、驱动电机；所述移动机构对应设置于所述基础平台与所述机械臂本体上，将所述基础平台与所述机械臂本体滑动连接；所述驱动电机固定于所述基础平台上，并驱动连接至少一移动机构；
所述2自由度手腕包括：回转接头、回转驱动电机、径向移动电机、传动齿轮箱、回转板、正切机构、喷枪架；所述回转接头的输入端固定于所述机械臂本体上，输出端与所述回转板固连；所述传动齿轮箱固定于所述机械臂本体的前端，所述传动齿轮箱设置有第一传动齿轮组、第二传动齿轮组，所述第一传动齿轮组连接所述回转驱动电机，所述第二传动齿轮组连接所述径向移动电机；所述回转板连接所述第一传动齿轮组；所述正切机构为两个转动副和两个移动副组成的四连杆机构，所述正切机构的输入端连接所述第二传动齿轮组，所述正切机构的输出端上固定所述喷枪架。
2.根据权利要求1所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述至少一移动机构包括一第一移动机构，所述第一移动机构又包括，设置于所述机械臂本体底面上的齿条、连接所述驱动电机并与所述齿条啮合的齿轮。
3.根据权利要求2所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述至少一移动机构还包括一第二移动机构，所述第二移动机构又包括相配的导轨和导向块，分别设置于所述机械臂本体的两端与所述基础平台上。
4.根据权利要求3所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述导轨设置于所述机械臂本体的两端的底面，所述导向块由多个导轮形成并对应所述导轨设置于所述基础平台上，每一导轮由两个轮体叠设而具有一凹面，所述导轨上对应所述凹面设有一凸出尖端。
5.根据权利要求4所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述导轮以能够转动的方式设置于所述基础平台上。
6.根据权利要求1所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述回转接头的输入端通过螺钉连接于所述机械臂本体的端部，所述回转接头的输出端贯穿所述齿轮箱的空轴与所述回转板固连。
7.根据权利要求6所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述第一传动齿轮组与所述第二传动齿轮组分别通过轴承套设于所述齿轮箱的空轴上。
8.根据权利要求1所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述正切机构包括：曲柄、轴承、滑块、滑轨，所述曲柄连接所述第二传动齿轮组，所述轴承设置于所述曲柄的端头，所述滑轨固定在所述回转板上，所述滑块设置在所述滑轨上并固定于所述曲柄的端头。
9.根据权利要求1所述的用于不规则桶形工件内表面喷涂的机械手，其特征在于，所述回转驱动电机、所述径向移动电机为伺服电机。
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