CN105568283B - 一种自动涂搪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动涂搪装置，属于工业机器人应用技术领域。该装置包括输入传送带、涂搪盆子、输出传送带、可移动五轴机器人；可移动五轴机器人水平固定于地面上，涂搪盆子位于可移动五轴机器人正前方，输入传送带和输出传送带水平放置并且位于可移动五轴机器人前方错开布置；该机器人包括固定底座、导轨、滑块、次摆线齿条、滚轮、机器人安装底座、末端安装座、第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第一支链、第二支链、第三支链；第一支链包括大臂、前臂；第二支链包括小臂、小臂拉杆、前臂；第三支链包括后臂、第一保姿态杆、三角连接架、第二保姿态杆。本发明装置具有生产效率高、自动化程度高，可实现全自动收集、输送、抓取与涂搪操作。

Description

一种自动涂搪装置

技术领域：

本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种自动涂搪装置。

背景技术：

搪瓷是涂烧在金属底坯表面上的无机玻璃瓷釉。在金属表面进行瓷釉涂搪可以防止金属生锈，使金属在受热时不至于在表面形成氧化层并且能抵抗各种液体的侵蚀。搪瓷制品不仅安全无毒，易于洗涤洁净，可以广泛地用作日常生活中使用的饮食器具和洗涤用具，而且在特定的条件下，瓷釉涂搪在金属坯体上表现出的硬度高、耐高温、耐磨以及绝缘作用等优良性能，使搪瓷制品有了更加广泛的用途。但是目前在国内外大多数的涂搪工艺流程都十分复杂，导致成本变高。轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装，特别是在物料搬运、机床上下料等这种重复、枯燥、危险性尤为突出工作中，为了减轻人类劳动强度，提高工作效率，在作业工序中往往需要在空间中安置重复性工作的作业机械人，而采用传统码垛机器人则显得没必要，或制造成本太高，如传统的SCARA机器人由于其自身因素，其小臂上安装了三个电机和一个滚珠丝杠，这样就限制了其作用范围，串联式的五轴机器人制造成本太高。然而，在平动并联机器人机构中，采用动平台上的执行器通过传动轴与机架上的电机相连的方法缩小了机构的工作空间范围，限制了末端执行器加速度的提高，使得位置和姿态精度难以保证。目前国内大多数机器人都不具备移动的特点，尺寸都很大，很笨重导致制造成本高，组装起来很麻烦，搬运时候很不方便，而且很多工业应用场合需要机器人末端姿态的改变。而且目前在应用的齿条传动主要有直齿齿条和斜齿齿条，分别与渐开线直齿圆柱齿轮和渐开线斜齿圆柱齿轮配对使用，直齿条在与齿轮啮合时有冲击、重合度小、传动不平稳，斜齿齿条在与齿轮啮合时重合度与颤动平稳性得倒改善，但是存在轴向力，这两种齿轮齿条传动时只有1到2个齿接触，且存在齿侧间隙，有传动噪声，传动精度低。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种自动涂搪装置。该装置结构简单，安装方便，功能可以完成很多工业场合需求，可以应用于多种工业场合。

本发明所提供一种自动涂搪装置包括可移动五轴机器人1、输出传送带2、输入传送带3、盘子4及涂搪盆子5；所述可移动五轴机器人1水平固定于地面上，所述涂搪盆子5位于所述可移动五轴机器人1的正前方，所述输入传送带3及输出传送带2水平错开放置在所述可移动五轴机器人1的前方。

所述可移动五轴机器人包括固定底座13、导轨15、滑块6、次摆线齿条14、滚轮25、机器人安装底座7、末端安装座10、第一驱动装置18、第二驱动装置8、第三驱动装置21、第四驱动装置16、第五驱动装置12、第一支链、第二支链及第三支链；所述第一驱动装置18包括伺服电机，所述第二驱动装置8、第三驱动装置21及所述第四驱动装置16包括伺服电机及谐波减速机，所述第五驱动装置12包括伺服电机和行星减速机。

所述第一支链包括大臂9及前臂24，所述大臂9的一端通过螺钉与所述第二驱动装置8上的谐波减速机连接，所述前臂24与所述大臂9的另一端通过转动铰链连接，所述第二驱动装置8的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第二驱动装置8的伺服电机的输出轴通过键与所述第二驱动装置8的谐波减速机配合连接，所述第二驱动装置8的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座7上，所述第二驱动装置8的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第二驱动装置8的谐波减速机的另一端作为输出与所述大臂9连接。

所述第二支链包括小臂19及小臂拉杆20，所述小臂19的一端通过螺钉与所述第三驱动装置21上的谐波减速机连接，所述小臂拉杆20与所述小臂19的另一端通过转动铰链连接，所述前臂24与所述小臂拉杆20通过转动铰链连接，所述第三驱动装置21的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第三驱动装置21的伺服电机的输出轴通过键与所述第三驱动装置21的谐波减速机配合连接，所述第三驱动装置21的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座7上，所述第三驱动装置21的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第三驱动装置21的谐波减速机的另一端作为输出与所述小臂19连接。

所述第三支链包括后臂17、第一保姿态杆22、三角连接架23及第二保姿态杆11，所述后臂17的一端通过螺钉与所述第四驱动装置16的谐波减速机连接，所述第一保姿态杆22的一端与所述后臂17的另一端通过转动铰链连接，所述三角连接架23的一端与所述第一保姿态杆22的另一端通过转动铰链连接，所述第二保姿态杆11的一端与所述三角连接架23的另一端通过铰链连接，所述第四驱动装置16的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第四驱动装置16的伺服电机的输出轴通过键与所述第四驱动装置16的谐波减速机配合连接，所述第四驱动装置16的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座7上，所述第四驱动装置16的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第四驱动装置16的谐波减速机的另一端作为输出与所述后臂17连接。

所述末端安装座10的一端与所述前臂24通过转动铰链连接，所述末端安装座10的另一端与所述第二报姿态杆11通过转动铰链连接，所述第五驱动装置12的伺服电机通过螺钉与所述第五驱动装置12的行星减速机连接，所述第五驱动装置12的行星减速机通过螺钉固定在所述末端安装座10上。

所述第一支链中的所述前臂24与所述第二支链中的所述小臂拉杆20通过转动铰链连接，所述第一支链与第二支链通过转动副的连接形成平行四边形结构；所述第一支链中的所述大臂9与所述第三支链中的所述第一保姿态杆22通过转动铰链连接，所述三角连接架23的两端分别与所述大臂9及所述第一保姿态杆22通过铰链连接，所述第一支链与第三支链通过转动副的连接形成平行四边形结构。

所述导轨15、滑块6、次摆线齿条14、滚轮25、机器人安装底座7及所述第一驱动装置18组成机器人的移动模块，所述滚轮25垂直安装在所述第一驱动装置18的正下方；所述第一驱动装置18的伺服电机通过螺钉固定在所述机器人安装底座7上，所述第一驱动装置18的伺服电机的输出轴通过键与所述滚轮25连接，通过螺钉与垫片将所述滚轮25与所述第一驱动装置18的伺服电机作轴向固定；所述次摆线齿条14通过螺钉固定在所述固定底座13上；所述机器人安装底座7与所述滑块6通过螺钉连接，所述滑块6设置在所述导轨15上，所述导轨15通过螺钉安装在所述固定底座13上；所述移动模块通过所述第一驱动装置18驱动，通过所述滚轮25上的滚销27与所述次摆线齿条14的配合传动以及所述滑块6与所述导轨15的配合传动来完成整个机器人的移动。

所述滚轮25包括第一承载板26、滚销27及第二承载板28；所述滚销27两端通过滚针轴承29安装在所述第一承载板26及所述第二承载板28上，所述滚销27两端通过锁紧螺母30锁紧；所述滚销27与所述次摆线齿条14配合进行传动。

本发明装置工作过程如下：输入传送带传送盘子过来，到达指定位置时通过传感器读取从而使挡板上升挡住盘子，可移动五轴机器人开始运动抓取第一个盘子，抓取后将盘子放入涂搪盘子中进行涂搪，涂搪后可移动五轴机器人将其拿出来进行点头操作与转动操作，完成后再将第一个盘子放入输出传送带上传送走，后续操作与上述相同。

本发明通过第二驱动装置、第三驱动装置驱动可以控制末端的路径，通过第四驱动装置驱动可以改变末端的姿态。本发明所提供的可移动五轴机器人，其结构简单，搭建安装过程简单轻便。同时较好地保持了机构的惯性小，高速度高加速度，高定位精度和重复定位精度的特点。本发明把第二驱动装置和第四驱动装置输出的动力汇合到大臂和小臂上，通过交汇的前臂和小臂拉杆将动力传递到末端，同时起到结构约束的作用。两条支链交汇形成平行四边形结构，使得末端执行器有明确的运动规律和定位精度。另外将第二驱动装置、第三驱动装置上的点头法兰、大臂和第一报姿态杆形成平行四边形结构，从而可以保持机器人末端的姿态。并且点头法兰由第三驱动装置驱动，可以改变机器人末端的姿态，以达到所需要的功能需求。

本发明具有以下技术特点：

(1)本发明结构简单，生产线布置方便，而且机器人增加了高精度的可移动模块从而大大的增加了该机器人的操作范围，使其能够达到所需要的功能需求。

(2)本发明的机器人运动均由不同的伺服电机、减速机驱动，机器人末端可以扩展，加个抓手，用气动驱动；

(3)本发明将二个动力源通过二个传动支链输送到末端上；

(4)本发明将第二驱动装置、第三驱动装置上的后臂、大臂和第一报姿态杆形成平行四边形结构，从而可以保持机器人末端的姿态。并且点头法兰由第三驱动装置驱动，可以改变机器人末端的姿态，以达到所需要的功能需求；

(5)本发明的末端由驱动装置带动主动臂驱动，从动臂配合主动臂限制执行器的运动轨迹；保证末端执行器有明确的运动轨迹和位置精度，并且使得本发明结构简单、惯性小；

(6)本发明的移动模块采用滚轮与次摆线齿条的配合传动，次摆线滚轮齿条传动是一种基于摆线齿形的直线传动机构，该机构具有高精度、高速、噪音小及大行程传动等优点；

附图说明：

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中可移动五轴机器人的结构示意图；

图3是可移动五轴机器人中的第一支链和第二支链的结构示意图；

图4是可移动五轴机器人中的第一支链和第三支链的结构示意图；

图5是可移动五轴机器人中保持末端姿态的平行四边形结构示意图；

图6是本发明机构中滚轮与次摆线齿条的结构示意图；

图7是本发明机构中滚轮与次摆线齿条的剖视结构示意图；

图8是可移动五轴机器人中执行末端的剖视结构示意图；

图中：1：可移动五轴机器人；2：输出传送带；3：输入传送带；4：盘子；5：涂搪盆子；6:滑块；7:机器人安装底座；8:第二驱动装置；9:大臂；10:末端安装座；11:第二保姿态杆；12:第五驱动装置；13:固定底座；14:次摆线齿条；15:导轨；16:第四驱动装置；17:后臂；18:第一驱动装置；19:小臂；20:小臂拉杆；21:第三驱动装置；22：第一报姿态杆；23：三角连接架；24：前臂；25：滚轮；26：第一承载板；27：滚销；28：第二承载板；29：滚针轴承；30：锁紧螺母；31：胀紧套；32：抓手安装法兰。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本发明所提供一种自动涂搪装置包括可移动五轴机器人1、输出传送带2、输入传送带3、盘子4、涂搪盆子5；所述可移动五轴机器人1水平固定于地面上，涂搪盆子5位于可移动五轴机器人1正前方，输入传送带3和输出传送带2水平放置并且位于可移动五轴机器人1前方错开布置；该机器人包括固定底座13、导轨15、滑块6、次摆线齿条14、滚轮25、机器人安装底座7、末端安装座10、第一驱动装置18、第二驱动装置8、第三驱动装置21、第四驱动装置16、第五驱动装置12、第一支链、第二支链及第三支链；所述第一支链包括大臂9、前臂24；所述第二支链包括小臂19、小臂拉杆20；所述第三支链包括后臂17、第一保姿态杆22、三角连接架23、第二保姿态杆11；所述第一驱动装置18包括伺服电机；所述第二驱动装置8、第三驱动装置21、第四驱动装置16均由伺服电机和谐波减速机组成；所述第五驱动装置12由伺服电机和行星减速机组成。所述导轨15、滑块6、次摆线齿条14、滚轮25、机器人安装底座7、第一驱动装置18组成机器人的移动模块。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，固定底座13用螺钉水平固定于地面上，两个平行设置的导轨15通过螺钉水平固定于固定底座13上，机器人安装底座7通过螺钉水平固定在滑块6上，滑块6安装在导轨15上；第一驱动装置18通过螺钉安装于机器人安装底座7上，第一驱动装置18的伺服电机输出轴与滚轮通过键传动，并用螺钉作轴向固定；次摆线齿条14通过螺钉水平安装于固定底座13上；通过第一驱动装置驱动，带动滚轮25转动，通过滚轮25上的滚销27与次摆线齿条14配合传动从而带动整个机器人安装底座7的水平移动。第二驱动装置8垂直安装在机器人安装底座7上，第三驱动装置21垂直安装于机器人安装底座7上，第二驱动装置8和第三驱动装置21对称同心布置。第四驱动装置16垂直安装于机器人安装底座7上。第五驱动装置垂直安装于末端安装座10上，第五驱动装置的伺服电机输出轴驱动行星减速机，行星减速机输出轴驱动胀紧套26，从而带动抓手安装法兰32转动。第二驱动装置8驱动大臂9，第三驱动装置21驱动小臂19，大臂9驱动前臂24，小臂19驱动小臂拉杆20，小臂拉杆20与前臂24形成力的交汇，从而第二驱动装置8和第三驱动装置21共同驱动前臂24输出。第四驱动装置16驱动后臂17，后臂17驱动第一保姿态杆22，第一保姿态杆22驱动三角连接架23，三角连接架23驱动第二报姿态杆6，从而带动末端安装座10转动，以达到末端点头的效果。

如图1、图2、图3所示，所述第一支链、第二支链分别通过转动铰接相互连接。由于第二驱动装置8和第三驱动装置21同心布置，即大臂9与小臂19的一端同心布置；小臂19上的两个安装孔与前臂24上一端的两个安装孔距离相等；大臂9上的两个安装孔与小臂拉杆20上的两个安装孔距离相等；如图2所示，第三驱动装置21与小臂19安装中心孔记为Q(同为第二驱动装置8与大臂9安装中心孔)，小臂19与小臂拉杆20上的同心安装孔记为P，小臂拉杆20与前臂24上的同心安装孔记为M，前臂24与大臂9上的同心安装孔记为N，由于安装孔距离相等，MPNQ构成一个平行四边形，其中Q点固定，通过QP和QN的转动，使得前臂24点在平面内做二自由度运动。

如图1、图4所示，所述第一支链、第三支链分别通过转动铰接相互连接。大臂9上的两个安装孔与第一保姿态杆22上的两个安装孔距离相等；三角连接架23上的两个安装孔距离与第二驱动装置8上中心安装孔到后臂17上一端安装孔距离的两个安装孔距离相等；如图3所示，第二驱动装置8与大臂9安装中心孔记为S，大臂9与三角连接架23的一端同心安装孔记为R，后臂17与第一保姿态杆22的同心安装孔记为T，第一保姿态杆22与三角连接架23的同心安装孔记为U，所设置第四驱动装置16与后臂17的同心安装孔和后臂17与第一报姿态杆22的同心安装孔之间的距离为170mm，轴线与水平面所成角度为36.18度，所以可以使ST之间的距离等于RU之间的距离。由于安装孔距离相等，RSTU构成一个平行四边形，以保持三角连接架23的姿态。

如图1、图5所示，所述的末端安装座10、第二保姿态杆11、前臂24、三角连接件18分别通过转动铰接相互连接。末端安装座10上的两个安装孔与三角连接件18上的两个安装孔距离相等；第二保姿态杆11上的两个安装孔与前臂24上的两个安装孔距离相等；如图4所示，末端安装座10与第二保姿态杆11上的同心安装孔记为A，末端安装座10的另一端与前臂24上的同心安装孔记为B，前臂24与三角连接件上的同心安装孔记为C，第二保姿态杆11与三角连接件18上的同心安装孔记为D，由于安装孔距离相等，ABCD构成一个平行四边形，三角连接件18与前臂的另一同心安装孔记为E，所设置三角连接件角DCE为111.56度，所以可以使保姿态平行四边形结构RSTU与三角连接件18成一定角度，从而保持末端与与水平面平行，同时通过第四驱动装置16驱动后臂17又可以改变末端姿态已达到功能需求。

如图1、图6、图7所示，本发明的移动模块采用滚轮与次摆线齿条的配合传动，次摆线滚轮齿条传动是一种基于摆线齿形的直线传动机构；该机构具有高精度、高速、噪音小及大行程传动等优点。滚轮25由第一承载板26、滚销27、第二承载板28、滚针轴承29、锁紧螺母30组成，圆柱滚销27两端通过滚针轴承29安装在第一承载板26和第二承载板28上，两端通过锁紧螺母30锁紧。所述滚销27与次摆线齿条14配合传动，从而达到移动的效果。

如图1、图8所示，抓手安装法兰32安装末端执行器，为整个手臂末端提供一个自由度，一般由气动驱动完成。当然，在具体实施时，采用其它任意一种可实现相同运动功能的结构形式作为驱动方式都是可以的。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种自动涂搪装置，其特征在于该装置包括可移动五轴机器人(1)、输出传送带(2)、输入传送带(3)、盘子(4)及涂搪盆子(5)；所述可移动五轴机器人(1)水平固定于地面上，所述涂搪盆子(5)位于所述可移动五轴机器人(1)的正前方，所述输入传送带(3)及输出传送带(2)水平错开放置在所述可移动五轴机器人(1)的前方；所述可移动五轴机器人包括固定底座(13)、导轨(15)、滑块(6)、次摆线齿条(14)、滚轮(25)、机器人安装底座(7)、末端安装座(10)、第一驱动装置(18)、第二驱动装置(8)、第三驱动装置(21)、第四驱动装置(16)、第五驱动装置(12)、第一支链、第二支链及第三支链；所述第一驱动装置(18)包括伺服电机，所述第二驱动装置(8)、第三驱动装置(21)及所述第四驱动装置(16)包括伺服电机及谐波减速机，所述第五驱动装置(12)包括伺服电机和行星减速机；所述第一支链包括大臂(9)及前臂(24)，所述大臂(9)的一端通过螺钉与所述第二驱动装置(8)上的谐波减速机连接，所述前臂(24)与所述大臂(9)的另一端通过转动铰链连接，所述第二驱动装置(8)的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第二驱动装置(8)的伺服电机的输出轴通过键与所述第二驱动装置(8)的谐波减速机配合连接，所述第二驱动装置(8)的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座(7)上，所述第二驱动装置(8)的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第二驱动装置(8)的谐波减速机的另一端作为输出与所述大臂(9)连接；所述第二支链包括小臂(19)及小臂拉杆(20)，所述小臂(19)的一端通过螺钉与所述第三驱动装置(21)上的谐波减速机连接，所述小臂拉杆(20)与所述小臂(19)的另一端通过转动铰链连接，所述前臂(24)与所述小臂拉杆(20)通过转动铰链连接，所述第三驱动装置(21)的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第三驱动装置(21)的伺服电机的输出轴通过键与所述第三驱动装置(21)的谐波减速机配合连接，所述第三驱动装置(21)的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座(7)上，所述第三驱动装置(21)的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第三驱动装置(21)的谐波减速机的另一端作为输出与所述小臂(19)连接；所述第三支链包括后臂(17)、第一保姿态杆(22)、三角连接架(23)及第二保姿态杆(11)，所述后臂(17)的一端通过螺钉与所述第四驱动装置(16)的谐波减速机连接，所述第一保姿态杆(22)的一端与所述后臂(17)的另一端通过转动铰链连接，所述三角连接架(23)的一端与所述第一保姿态杆(22)的另一端通过转动铰链连接，所述第二保姿态杆(11)的一端与所述三角连接架(23)的另一端通过铰链连接，所述第四驱动装置(16)的伺服电机通过螺钉固定在机座盖上，所述第四驱动装置(16)的伺服电机的输出轴通过键与所述第四驱动装置(16)的谐波减速机配合连接，所述第四驱动装置(16)的谐波减速机通过螺钉安装在所述机器人安装底座(7)上，所述第四驱动装置(16)的谐波减速机的一端作为输入与伺服电机连接，所述第四驱动装置(16)的谐波减速机的另一端作为输出与所述后臂(17)连接；所述末端安装座(10)的一端与所述前臂(24)通过转动铰链连接，所述末端安装座(10)的另一端与所述第二保 姿态杆(11)通过转动铰链连接，所述第五驱动装置(12)的伺服电机通过螺钉与所述第五驱动装置(12)的行星减速机连接，所述第五驱动装置(12)的行星减速机通过螺钉固定在所述末端安装座(10)上；所述第一支链中的所述前臂(24)与所述第二支链中的所述小臂拉杆(20)通过转动铰链连接，所述第一支链与第二支链通过转动副的连接形成平行四边形结构；所述第一支链中的所述大臂(9)与所述第三支链中的所述第一保姿态杆(22)通过转动铰链连接，所述三角连接架(23)的两端分别与所述大臂(9)及所述第一保姿态杆(22)通过铰链连接，所述第一支链与第三支链通过转动副的连接形成平行四边形结构；所述导轨(15)、滑块(6)、次摆线齿条(14)、滚轮(25)、机器人安装底座(7)及所述第一驱动装置(18)组成机器人的移动模块，所述滚轮(25)垂直安装在所述第一驱动装置(18)的正下方；所述第一驱动装置(18)的伺服电机通过螺钉固定在所述机器人安装底座(7)上，所述第一驱动装置(18)的伺服电机的输出轴通过键与所述滚轮(25)连接，通过螺钉与垫片将所述滚轮(25)与所述第一驱动装置(18)的伺服电机作轴向固定；所述次摆线齿条(14)通过螺钉固定在所述固定底座(13)上；所述机器人安装底座(7)与所述滑块(6)通过螺钉连接，所述滑块(6)设置在所述导轨(15)上，所述导轨(15)通过螺钉安装在所述固定底座(13)上；所述移动模块通过所述第一驱动装置(18)驱动，通过所述滚轮(25)上的滚销(27)与所述次摆线齿条(14)的配合传动以及所述滑块(6)与所述导轨(15)的配合传动来完成整个机器人的移动。

2.根据权利要求1所述的一种自动涂搪装置，其特征在于所述滚轮(25)包括第一承载板(26)、滚销(27)及第二承载板(28)；所述滚销(27)两端通过滚针轴承(29)安装在所述第一承载板(26)及所述第二承载板(28)上，所述滚销(27)两端通过锁紧螺母(30)锁紧；所述滚销(27)与所述次摆线齿条(14)配合进行传动。