CN105459107B - 一种喷涂大直径管道内壁的机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，主要包括机械臂支架、机械臂第一关节、机械臂第二关节和喷枪。采用以上技术方案，机械臂支架可以通过机械臂上部支撑杆、机械臂右部支撑杆和机械臂左部支撑杆固定在任意移动平台上。机械臂支架、机械臂第一关节和机械臂第二关节配合工作，能够使得喷枪实现四个自由度的运动和定位，可以适应不同的直径的管道及不规则作业面。本发明结构简单，操作灵活，喷涂作业无盲点。

Description

一种喷涂大直径管道内壁的机械臂
技术领域
本发明涉及管道喷涂机器人技术领域，具体涉及一种适用于大型管道和类似管道物体内部的喷涂机械臂装置。
背景技术
目前，喷涂机器人机构种类繁多，以龙门式喷涂机构和机械臂喷涂为主。
龙门式机构喷涂用于喷涂物体外表面，龙门式机构多以4-6个自由度为主，三个自由度分布在竖直方向、左右方向和前后方向，其余自由度分布在喷枪附近，用于调节喷枪的方向使喷枪能够垂直在物体表面喷涂。龙门机构可以完成栅栏喷涂路径、阿基米德螺旋线路径等，该机构的缺点是笨重。
机械臂喷涂一般为喷涂复杂结构物体表面为主，采用一般机械臂，如ABB公司机械臂，在机械臂的末端增加喷枪和相应的自由度。
前述两者以喷涂管道外壁和其他物体外表面为主，用于管道或者类似管道结构的内表面已不再适合。
因此需要设计一种喷涂机器人机械臂机构，以满足圆柱体或带封头圆柱体内表面喷涂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用大直径管道内壁喷涂的机械臂。
为解决上述技术问题，本发明型采用下述技术方案：具有四个自由度的机械臂。
一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，主要包含机械臂支架A、机械臂关节B、机械臂空心连杆和喷枪D；
其中，机械臂关节B包含机械臂第一关节和机械臂第二关节，且机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构；机械臂空心连杆包含机械臂第一空心连杆C1和机械臂第二空心连杆C2；
机械臂支架A的动力输出端与机械臂第一关节一端连接，机械臂第一关节另一端与机械臂第一空心连杆C1一端连接，机械臂第一空心连杆C1另一端与机械臂第二关节一端连接，机械臂第二关节另一端与机械臂第二空心连杆C2一端连接，机械臂第二空心连杆C2另一端连接喷枪D。
机械臂支架A由机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4、机械臂左部支撑杆A2、机械臂驱动电机A3、机械臂后端支架A10、机械臂前端支架A8、机械臂前端上部支撑杆A9、机械臂前端右部支撑杆A6、机械臂前端左部支撑杆A5、机械臂支架电机驱动轴A7组成；机械臂后端支架A10和机械臂前端支架A8平行设置，且具有相同的机械结构，均呈等边三角形板状构造，等边三角形板的三个角部分别整体设置有一个安装孔；机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4和机械臂左部支撑杆A2平行设置于机械臂后端支架A10和机械臂前端支架A8的上述安装孔中；
机械臂后端支架A10的等边三角形板的中部具有安装机械臂驱动电机A3的通孔；机械臂前端支架A8的等边三角形板的中部具有安装机械臂支架电机驱动轴A7的通孔；机械臂支架电机驱动轴A7一端与机械臂驱动电机A3相连，另一端从机械臂前端支架A8的等边三角形板的中部通孔中伸出。
机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构，均包括机械臂关节后端支架B3和机械臂关节前端支架B12；机械臂关节后端支架B3为U型结构，中间段设有机械臂关节后端支架连接孔B11，机械臂关节后端支架连接孔B11为通孔；机械臂关节前端支架B12为封闭的箱体结构，其远离机械臂关节后端支架B3的端面上设有机械臂关节前端支架连接孔B13，机械臂关节前端支架连接孔B13为通孔。
机械臂第一关节和机械臂第二关节均还包括：机械臂关节大皮带轮B1、机械臂关节驱动轴B2、机械臂关节竖直方向锥齿轮B4、机械臂关节水平锥齿轮B5、机械臂关节电机支架B6、机械臂关节电机B7、机械臂关节角度传感器B8、机械臂关节小皮带轮B9、机械臂关节皮带B10；
其中，机械臂关节驱动轴B2两端可转动地设置在机械臂关节后端支架B3的U型结构的两臂上；机械臂关节大皮带轮B1和机械臂关节竖直方向锥齿轮B4分别固定安装在机械臂关节驱动轴B2的左右两端，且均位于机械臂关节后端支架B3内；
机械臂关节前端支架B12与机械臂关节驱动轴B2固定连接，机械臂关节前端支架B12能够随机械臂关节驱动轴B2转动；机械臂关节电机支架B6固定安装在机械臂关节前端支架B12内部；机械臂关节电机支架B6上开设用于安装机械臂关节电机B7的通孔，机械臂关节电机支架B6的输出轴伸出该通孔并连接有机械臂关节水平锥齿轮B5；机械臂关节水平锥齿轮B5与机械臂关节竖直方向锥齿轮B4啮合；
机械臂关节角度传感器B8固定安装在机械臂关节前端支架B12内部；机械臂关节角度传感器B8的输入轴上固定安装有机械臂关节小皮带轮B9；机械臂关节小皮带轮B9通过机械臂关节皮带B10与机械臂关节大皮带轮B1连接。
进一步地，机械臂支架电机驱动轴A7和机械臂第一关节上的机械臂关节后端支架连接孔B11相连，机械臂第一关节上的机械臂关节前端支架连接孔B13与机械臂第一空心连杆C1相连，机械臂第一空心连杆C1另一端与机械臂第二关节的机械臂关节后端支架连接孔B11相连，机械臂第二关节的机械臂关节前端支架连接孔B13与机械臂第二空心连杆C2一端相连，机械臂第二空心连杆C2另一端与喷枪D相连。
进一步地，以上连接均为固定连接。优选地，机械臂支架电机驱动轴A7端、机械臂第一空心连杆C1两端、机械臂第二空心连杆C2一端具有安装法兰。
本发明的有益效果
本发明的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，主要包括机械臂支架、机械臂 第一关节、机械臂第二关节和喷枪。采用以上技术方案，机械臂支架可以固定在任意移动平台上，机械臂支架、机械臂第一关节和机械臂第二关节配合工作，能够实现喷枪四个自由度的运动和定位，可以适应不同的直径的管道及不规则作业面。本发明结构简单，操作灵活，喷涂作业无盲点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明机械臂的立体视图。
图2是本发明的机械臂支架的立体视图。
图3是本发明的机械臂第一关节、机械臂第二关节的内部立体视图。
图4是本发明的机械臂第一关节、机械臂第二关节的立体视图。
图中各标记如下：机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4、机械臂左部支撑杆A2、机械臂驱动电机A3、机械臂后端支架A10、机械臂前端支架A8、机械臂前端上部支撑杆A9、机械臂前端右部支撑杆A6、机械臂前端左部支撑杆A5、机械臂支架电机驱动轴A7、机械臂关节大皮带轮B1、机械臂关节驱动轴B2、机械臂关节后端支架B3、机械臂关节竖直方向锥齿轮B4、机械臂关节水平锥齿轮B5、机械臂关节电机支架B6、机械臂关节电机B7、机械臂关节角度传感器B8、机械臂关节小皮带轮B9、机械臂关节皮带B10、机械臂关节后端支架连接孔B11、机械臂关节前端支架B12、机械臂关节前端支架连接孔B13、机械臂第一空心连杆C1、机械臂第二空心连杆C2、喷枪D。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明型，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明型的保护范围。
如附图1所示，本发明的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，主要包含机械臂支架A、机械臂关节B、机械臂空心连杆和喷枪D。
其中，机械臂关节B包含机械臂第一关节和机械臂第二关节，且机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构；机械臂空心连杆包含机械臂第一空心连杆C1和机械臂第二空心连杆C2。
机械臂支架A的动力输出端与机械臂第一关节一端连接，机械臂第一关节另一端与机械臂第一空心连杆C1一端连接，机械臂第一空心连杆C1另一端与机械臂第二关节一端连接，机械臂第二关节另一端与机械臂第二空心连杆C2一端连接，机械臂第二空心连杆C2另一端连接喷枪D。
如附图2所示，机械臂后端支架A10和机械臂前端支架A8平行设置，且具有相同的机械结构，均呈等边三角形板状构造，等边三角形板的三个角部分别整体设置有一个安装孔。机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4和机械臂左部支撑杆A2平行设置于机械臂后端支架A10和机械臂前端支架A8的上述安装孔 中。
其中，机械臂后端支架A10的等边三角形板的中部具有安装机械臂驱动电机A3的通孔。机械臂前端支架A8的等边三角形板的中部具有安装机械臂支架电机驱动轴A7的通孔。优选地，机械臂前端支架A8的等边三角形板的中部通孔中设置支撑机械臂支架电机驱动轴A7的轴承(未图示)。机械臂支架电机驱动轴A7一端与机械臂驱动电机A3相连，另一端从机械臂前端支架A8的等边三角形板的中部通孔中伸出。优选地，机械臂支架电机驱动轴A7与机械臂驱动电机A3通过联轴器相连。
又如图2所示，位于平行设置的机械臂后端支架A10和机械臂前端支架A8之间的机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4和机械臂左部支撑杆A2的部分，分别标示为机械臂前端上部支撑杆A9、机械臂前端右部支撑杆A6和机械臂前端左部支撑杆A5。
本发明的机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构，如附图3和4所示，任一机械臂关节均包括机械臂关节后端支架B3和机械臂关节前端支架B12。机械臂关节后端支架B3为U型结构，中间段设有机械臂关节后端支架连接孔B11，机械臂关节后端支架连接孔B11为通孔。机械臂关节前端支架B12为封闭的箱体结构，其远离机械臂关节后端支架B3的端面上设有机械臂关节前端支架连接孔B13，机械臂关节前端支架连接孔B13为通孔。
又参见附图3，本发明的任一机械臂关节均还包括：机械臂关节大皮带轮B1、机械臂关节驱动轴B2、机械臂关节竖直方向锥齿轮B4、机械臂关节水平锥齿轮B5、机械臂关节电机支架B6、机械臂关节电机B7、机械臂关节角度传感器B8、机械臂关节小皮带轮B9、机械臂关节皮带B10。
其中，机械臂关节驱动轴B2两端可转动地设置在机械臂关节后端支架B3的U型结构的两臂上。机械臂关节大皮带轮B1和机械臂关节竖直方向锥齿轮B4分别固定安装在机械臂关节驱动轴B2的左右两端，且均位于机械臂关节后端支架B3内。
机械臂关节前端支架B12与机械臂关节驱动轴B2固定连接，机械臂关节前端支架B12能够随机械臂关节驱动轴B2转动。机械臂关节电机支架B6固定(如通过螺钉)安装在机械臂关节前端支架B12内部。机械臂关节电机支架B6上开设用于安装机械臂关节电机B7的通孔，机械臂关节电机支架B6的输出轴伸出该通孔并连接有机械臂关节水平锥齿轮B5。机械臂关节水平锥齿轮B5与机械臂关节竖直方向锥齿轮B4啮合。
机械臂关节角度传感器B8固定(如通过托架、卡箍或安装板等)安装在机械臂关节前端支架B12内部。机械臂关节角度传感器B8的输入轴上固定安装有机械臂关节小皮带轮B9。机械臂关节小皮带轮B9通过机械臂关节皮带B10与机械臂关节大皮带轮B1连接。
具体地，机械臂支架电机驱动轴A7和机械臂第一关节上的机械臂关节后端 支架连接孔B11相连，机械臂第一关节上的机械臂关节前端支架连接孔B13与机械臂第一空心连杆C1相连，机械臂第一空心连杆C1另一端与机械臂第二关节的机械臂关节后端支架连接孔B11相连，机械臂第二关节的机械臂关节前端支架连接孔B13与机械臂第二空心连杆C2一端相连，机械臂第二空心连杆C2另一端与喷枪D相连。以上连接均为固定连接，如可采用法兰、连接孔、螺栓的方式进行固定连接，优选地，机械臂支架电机驱动轴A7端、机械臂第一空心连杆C1两端、机械臂第二空心连杆C2一端具有安装法兰。
以上内容是对本发明具体组成结构的描述。本发明的工作原理简述如下：
所述的机械臂支架用于连接喷涂机器人，喷涂作业中，机械臂支架电机驱动轴A7在空间上始终垂直于其他关节的机械臂关节驱动轴B2。机械臂第一关节和机械臂第二关节通过第一空心连杆相连，两个关节的机械臂关节驱动轴B2相互平行。机械臂第二关节另一端与第二空心连杆相连，第二空心连杆另一端通过平行于机械臂第二关节机械臂关节驱动轴B2的转动副与喷枪D铰接在一起，喷枪D可以绕转动副转动。由机械臂驱动电机A3驱动的机械臂支架电机驱动轴A7在喷涂过程中用于完成机械臂的周转运动，两个机械臂关节电机B7驱动机械臂关节驱动轴B2分别带动空心连杆做俯仰运动，从而实现喷枪D四个自由度的动作，如可使喷枪D完成阿基米德螺旋线轨迹等。
本发明的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，可以通过机械臂上部支撑杆A1、机械臂右部支撑杆A4和机械臂左部支撑杆A2固定在任意移动平台上，能够适用于不同直径管道内壁以及不规则的作业面，结构简单，操作灵活，喷涂作业无盲点。
不限于附图1中所示，本发明在同一机械臂支架上也可同时设置多个喷涂机械臂，在同一机械臂上也可采用多个喷枪。
以上实施例仅是对本发明的优选方案进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明所附权利要求确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，主要包括机械臂支架(A)、机械臂关节(B)、机械臂空心连杆和喷枪(D)；
其特征在于：
其中，机械臂关节(B)包含机械臂第一关节和机械臂第二关节，且机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构；机械臂空心连杆包含机械臂第一空心连杆(C1)和机械臂第二空心连杆(C2)；
机械臂支架(A)的动力输出端与机械臂第一关节一端连接，机械臂第一关节另一端与机械臂第一空心连杆(C1)一端连接，机械臂第一空心连杆(C1)另一端与机械臂第二关节一端连接，机械臂第二关节另一端与机械臂第二空心连杆(C2)一端连接，机械臂第二空心连杆(C2)另一端连接喷枪(D)；
机械臂支架(A)由机械臂上部支撑杆(A1)、机械臂右部支撑杆(A4)、机械臂左部支撑杆(A2)、机械臂驱动电机(A3)、机械臂后端支架(A10)、机械臂前端支架(A8)、机械臂前端上部支撑杆(A9)、机械臂前端右部支撑杆(A6)、机械臂前端左部支撑杆(A5)、机械臂支架电机驱动轴(A7)组成；
机械臂第一关节和机械臂第二关节具有相同的机械结构，均包括机械臂关节后端支架(B3)和机械臂关节前端支架(B12)；
机械臂关节后端支架(B3)为U型结构，中间段设有机械臂关节后端支架连接孔(B11)，机械臂关节后端支架连接孔(B11)为通孔；
机械臂关节前端支架(B12)为封闭的箱体结构，其远离机械臂关节后端支架(B3)的端面上设有机械臂关节前端支架连接孔(B13)，机械臂关节前端支架连接孔(B13)为通孔。
2.根据权利要求1所述的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，其特征在于：
机械臂后端支架(A10)和机械臂前端支架(A8)平行设置，且具有相同的机械结构，均呈等边三角形板状构造，等边三角形板的三个角部分别整体设置有一个安装孔；
机械臂上部支撑杆(A1)、机械臂右部支撑杆(A4)和机械臂左部支撑杆(A2)平行设置于机械臂后端支架(A10)和机械臂前端支架(A8)的上述安装孔中；
其中，机械臂上部支撑杆(A1)位于机械臂后端支架(A10)和机械臂前端支架(A8)之间的部分即为所述机械臂前端上部支撑杆(A9)；机械臂右部支撑杆(A4)位于机械臂后端支架(A10)和机械臂前端支架(A8)之间的部分即为所述机械臂前端右部支撑杆(A6)；机械臂左部支撑杆(A2)位于机械臂后端支架(A10)和机械臂前端支架(A8)之间的部分即为所述机械臂前端左部支撑杆(A5)；
机械臂后端支架(A10)的等边三角形板的中部具有安装机械臂驱动电机(A3)的通孔；机械臂前端支架(A8)的等边三角形板的中部具有安装机械臂支架电机驱动轴(A7)的通孔；机械臂支架电机驱动轴(A7)一端与机械臂驱动电机(A3)相连，另一端从机械臂前端支架(A8)的等边三角形板的中部通孔中伸出。
3.根据权利要求2所述的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，其特征在于：
机械臂第一关节和机械臂第二关节均还包括：机械臂关节大皮带轮(B1)、机械臂关节驱动轴(B2)、机械臂关节竖直方向锥齿轮(B4)、机械臂关节水平锥齿轮(B5)、机械臂关节电机支架(B6)、机械臂关节电机(B7)、机械臂关节角度传感器(B8)、机械臂关节小皮带轮(B9)、机械臂关节皮带(B10)；其中，
机械臂关节驱动轴(B2)两端可转动地设置在机械臂关节后端支架(B3)的U型结构的两臂上；
机械臂关节大皮带轮(B1)和机械臂关节竖直方向锥齿轮(B4)分别固定安装在机械臂关节驱动轴(B2)的左右两端，且均位于机械臂关节后端支架(B3)内；
机械臂关节前端支架(B12)与机械臂关节驱动轴(B2)固定连接，机械臂关节前端支架(B12)能够随机械臂关节驱动轴(B2)转动；
机械臂关节电机支架(B6)固定安装在机械臂关节前端支架(B12)内部；机械臂关节电机支架(B6)上开设用于安装机械臂关节电机(B7)的通孔，机械臂关节电机支架(B6)的输出轴伸出该通孔并连接有机械臂关节水平锥齿轮(B5)；机械臂关节水平锥齿轮(B5)与机械臂关节竖直方向锥齿轮(B4)啮合；
机械臂关节角度传感器(B8)固定安装在机械臂关节前端支架(B12)内部；机械臂关节角度传感器(B8)的输入轴上固定安装有机械臂关节小皮带轮(B9)；机械臂关节小皮带轮(B9)通过机械臂关节皮带(B10)与机械臂关节大皮带轮(B1)连接。
4.根据权利要求3所述的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，其特征在于：
机械臂支架电机驱动轴(A7)和机械臂第一关节上的机械臂关节后端支架连接孔(B11)相连，机械臂第一关节上的机械臂关节前端支架连接孔(B13)与机械臂第一空心连杆(C1)相连，机械臂第一空心连杆(C1)另一端与机械臂第二关节的机械臂关节后端支架连接孔(B11)相连，机械臂第二关节的机械臂关节前端支架连接孔(B13)与机械臂第二空心连杆(C2)一端相连，机械臂第二空心连杆(C2)另一端与喷枪(D)相连。
5.根据权利要求4所述的一种喷涂大直径管道内壁的机械臂，其特征在于：
机械臂支架电机驱动轴(A7)端部、机械臂第一空心连杆(C1)两端、机械臂第二空心连杆(C2)一端具有安装法兰。
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