CN106737622B - 喷砂机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喷砂机器人，包括安装座、第一机械臂、齿轮箱、第二机械臂、转动头和喷管连接头，所述第一机械臂的第一端可转动固定于所述底座上，所述齿轮箱可转动固定于所述第一机械臂的第二端，所述第二机械臂的第一端可转动固定于所述齿轮箱上，所述转动头可转动固定于所述第一机械臂的第二端，所述喷管连接头设于所述转动头上，并能够相对所述转动头摆动。该喷砂机器人结构紧凑，末端执行机构的尺寸小，能够在狭小的空间内准确定位和作业，作业快速灵活。
Description
技术领域
本发明涉及自动化生产设备技术领域，更具体地，涉及一种机器人。
背景技术
各种设备或者工件的表面，例如集装箱的底板组件在涂装油漆之前，表面需要经过喷砂处理。喷砂工作是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料，例如喷丸玻璃珠、钢丸、钢砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂等高速喷射到被需处理工件表面，使工件表面的外表面的机械性能发生变化。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获的一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰，把表面的杂质、杂色及氧化层清除掉，同时使介质表面粗化，使基材表面残余应力和提高基材表面硬度的作用。
由于集装箱的底板组件是由复杂的纵横梁交错，以及设于纵横梁上的板材焊接而成。因此，在对集装箱的底板组件的焊缝进行喷砂处理时，操作空间狭小，视角以及作业空间受到严重限制，影响了作业质量和作业效率。
传统的人工喷砂作业，作业难度高，工作强度多，并且环境恶劣。并且施工质量无法保障。虽然现有技术中有些喷砂机器人能够代替人工进行作业，但是仅限于大空间范围内作业，较难在空间受限的情况下进行精确作业。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够在狭小空间内实现快速灵活定位和作业的喷砂机器人。
根据本发明提供的喷砂机器人，包括安装座、第一机械臂、齿轮箱、第二机械臂、转动头和喷管连接头，所述第一机械臂的第一端可转动固定于所述底座上，所述齿轮箱可转动固定于所述第一机械臂的第二端，所述第二机械臂的第一端可转动固定于所述齿轮箱上，所述转动头可转动固定于所述第一机械臂的第二端，所述喷管连接头设于所述转动头上，并能够相对所述转动头摆动。
优选地，所述喷管连接头的端面上设有径向贯通的凹槽，所述喷管连接头设于所述凹槽内，并能够沿着凹槽摆动。
优选地，所述第二机械臂包括外筒、第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴为管状结构，并套设于所述外筒内，所述第二传动轴套设于所述第一传动轴内。
优选地，所述齿轮箱内设有第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合传动。
优选地，所述第二传动轴的第一端沿着所述第二锥齿轮的转轴方向穿过所述锥齿轮，并能够相对所述第二锥齿轮转动，
所述转动头内设有彼此啮合传动的第三锥齿轮和第四锥齿轮，
所述第二传动轴的第二端固定于所述第三锥齿轮上。
优选地，所述转动头内设有第三传动轴，所述第三传动轴可转动支撑于所述转动头内，并沿着所述第四锥齿轮的转轴方向依次穿过所述第四锥齿轮和所述喷管连接头，并分别固定于所述第四锥齿轮和喷管连接头上。
优选地，所述外筒的第一端固定于所述齿轮箱上，第二端可转动固定于所述转动头上，
所述第一传动轴的第一端固定于所述第二锥齿轮上，第二端固定于所述转动头上。
优选地，所述齿轮箱上设有第三电机和第四电机，其中，
所述第三电机用于驱动所述第二传动轴，所述第四电机用于驱动所述第一锥齿轮。
优选地，所述转动头和第二机械臂同轴设置。
优选地，所述转动头的端面边缘处设有锥形部。
本发明提供的喷砂机器人，具有四关节，四自由度，结构紧凑，末端执行机构的尺寸小。同时，本机器人采用伺服操作系统，可实现自动控制、重复编程，具备较高的定位精度和稳定性，能够在狭小的空间内准确定位和作业，作业快速灵活。设计较大的运行速度范围能满足喷砂时间节拍要求，能实现自动化，大大提高生产效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了根据本发明实施例的喷砂机器人的立体结构示意图。
图2示出了根据本发明实施例的喷砂机器人的正视图。
图3示出了根据本发明实施例的喷砂机器人的剖视图。
图4示出了图3中A部剖切面的放大图。
图5示出了图3中B部剖切面的放大图。
图中：安装座1、第一机械臂2、齿轮箱3、第一锥齿轮31、第二锥齿轮32、第二机械臂4、外筒41、第一传动轴42、第二传动轴43、转动头5、凹槽51、锥形部52、喷管连接头6、第一减速机71、第二减速机72、第三减速机73、第四减速机74、第一电机81、第二电极82、第三电机83、第四电机84、第三锥齿轮91、第四锥齿轮92、第三传动轴93。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1-3所示，本发明提供的喷砂机器人，用于带动高压喷砂管，对待处理的设备或者工件表面进行喷砂处理。该喷砂机器人，包括安装座1、第一机械臂2、齿轮箱3、第二机械臂4、转动头5和喷管连接头6。其中，所述第一机械臂2的第一端可转动固定于所述底座上，所述齿轮箱3可转动固定于所述第一机械臂2的第二端，所述第二机械臂4的第一端可转动固定于所述齿轮箱3上，所述转动头5可转动固定于所述第一机械臂2的第二端，所述喷管连接头6设于所述转动头5上，并能够相对所述转动头5摆动。
在该实施例中，安装座1上设有四个螺孔过孔，用于将喷砂机器人固定于外部轴行走机构上，并在该行走机构的带动下运动。在底座上设有第一安装室，第一减速机71安装于该第一安装室内。其中，第一减速机71的动力输入端与固定于安装座1一侧的第一电机81的转轴连接，第一机械臂2的第一端固定于安装座1上与第一电机81相对的一端，并与第一减速机71的动力输出端连接。第一电机81输出的动力经第一减速机71减速后，带动第一机械臂2转动，实现第一个关节的回转运动。回转运动的转动速度范围为16°-22°/秒，转动范围为正负70°-85°。例如转动速度为19°/秒，转动范围为正负77.5°。该第一减速机71选为RV减速机。
参考图4-5，第一机械臂2的第二端设有第二安装室，第二减速机72安装于第二安装室内。其中，第二减速机72的动力输入端与固定于第一机械臂2一侧的第二电机的转轴连接，齿轮箱3经其第一侧壁与第二减速机72的动力输出端连接。并且，第一齿轮箱3与第二电机相对的设于第一机械臂2第二端的两侧。第二电机输出的动力经第二减速机72减速后，带动齿轮箱3转动，实现第二个关节的回转运动。回转运动的转动速度为13°-19°/秒，转动范围为正负80°-90°。例如转动速度为16°/秒，转动范围为正负85°。该第二减速机72选为RV减速机。
所述第二机械臂4包括外筒41、第一传动轴42和第二传动轴43，所述第一传动轴42为管状结构，并套设于所述外筒41内，所述第二传动轴43套设于所述第一传动轴42内。外筒41的第一端固定于齿轮箱3的第二侧壁上，转动头5可转动固定于外筒41的第二端。
齿轮箱3内设有用于驱动转动头5的第一齿轮组，第一驱动轴的第一端与第一齿轮组连接，第二端固定于转动头5的内壁上。转动头5内设有用于驱动喷管连接头6的第二齿轮组，第二传动轴43的第一端穿设与齿轮箱3内，第二端与第二齿轮组连接。
具体地，第一齿轮组包括彼此啮合传动的第一锥齿轮31和第二锥齿轮32。
其中，所述第二锥齿轮32的转动轴线与所述齿轮箱3的转动轴线彼此垂直，第一锥齿轮31的转动轴与齿轮箱3的转动轴位于同一轴线上。齿轮箱3的第三侧壁上固定有第三电机83。第三电机83经第三减速机73与第一锥齿轮31连接，用于驱动第一锥齿轮31转动。第一锥齿轮31将动力依次传递至第二锥齿轮32、第一传动轴42和转动头5，驱动转动头5带动喷管连接头6转动，从而时间第二个关节的回转运动。回转运动的转动速度为90°-102°/秒，转动范围为正负160°-200°。例如回转运动的转动速度为96°/秒，转动范围为正负180°。第三减速机73选为谐波减速机。
第二驱动轴沿着第二锥齿轮32的轴线方向穿过第二锥齿轮32，并能够相对第二锥齿轮32转动。在齿轮箱3的第四侧壁上设有用于驱动第二传动轴43的第四电机84，第四电机84的转轴经第四减速机74与第二传动轴43的第一端连接。第四电机84将动力依次传递至第二传动轴43、第三锥齿轮91、第四锥齿轮92、第三传动轴93和喷管连接头6，带动喷管连接头6摆动，从而实现第四关节臂的运动。摆动角度为70°-82°/秒，转动范围为正负160°-200°。例如摆动角度为76°/秒，转动范围为正负180°。第四减速机74选为谐波减速机。在该实施例中，齿轮箱3的第一侧壁与第四侧壁相对，第二侧壁与第三侧壁相对。第二至第四电机84以及齿轮箱3集中于第一机械臂2第二机械臂4的关节位置，使得该喷砂机器人在设计上更加紧凑，同时有利于减小末端执行机构的尺寸，例如转动头5的尺寸，使得作业时能够伸入更加狭小的空间，利于作业的灵活性。
第二齿轮组包括彼此啮合传动的第三锥齿轮91第四锥齿轮92。其中，第二传动轴43的第二端固定于第三锥齿轮91上，用于驱动第三锥齿轮91转动。所述转动头5内设有第三传动轴93，所述第三传动轴93可转动支撑于所述转动头5内，并沿着所述第四锥齿轮92的转轴方向依次穿过所述第四锥齿轮92和所述喷管连接头6，并分别固定于所述第四锥齿轮92和喷管连接头6上。所述喷管连接头6的端面上设有径向贯通的凹槽51，所述喷管连接头6设于所述凹槽51内，并能够沿着凹槽51摆动。
第四电机84将动力依次传递至第二传动轴43、第三锥齿轮91、第四锥齿轮92和第三传动轴93，并最终带动喷管连接头6沿着凹槽51摆动，实现高压喷管的多角度转动，从而调整喷射角度。如此，便实现了第四关节的摆动。摆动的运行速度为70°-82°/秒，转动范围为正负160-200°。例如摆动的运行速度为76°/秒，转动范围为正负180度。
转动头5端面的边缘处设有锥形部52，例如通过倒角方式将端头边缘设置成倾斜面，保证喷砂工作过程中喷料的流动，不存留砂粒。
该实施例中的第一至第四电机84选为伺服电机，以便于通过伺服系统实现对各个关节运动的精确控制。本机器人采用伺服操作系统，可实现自动控制、重复编程，具备较高的定位精度和稳定性，设计较大的运行速度范围能满足喷砂时间节拍要求，能实现自动化，大大提高生产效率。
在对集装箱底板组件进行喷砂时，首先将集装箱设于托起在作业轨道上。将多台喷砂机器人，例如4-6台固定于一个外部轴行走机构上，外部轴行走结构带动机器人达到预定作业位置，然后喷砂机器人通过调节第一机械臂2，实现作业位置的粗略定位，通过调节第二机械臂4，实现作业位置定位的俯仰调节，并通过转动转动头5和摆动喷管连接头6实现对作业位置的精确定位。该喷砂机器人具有较高的动作控制精度，能够实现在集装箱底板组件的复杂的横纵梁交叉结构之间自如的调节作业位姿，实现对焊缝的有效处理。可代替传统的人工作业，把人从恶劣的环境中解放出来，使用安全可靠。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种喷砂机器人，其特征在于，包括安装座、第一机械臂、齿轮箱、第二机械臂、转动头和喷管连接头，
所述第一机械臂的第一端可转动固定于所述安装座上，所述齿轮箱可转动固定于所述第一机械臂的第二端，
所述第二机械臂的第一端可转动固定于所述齿轮箱上，所述转动头可转动固定于所述第二机械臂的第二端，所述第二机械臂包括外筒、第一传动轴和第二传动轴，所述外筒的第一端固定于所述齿轮箱上，第二端可转动固定于所述转动头上，所述第一传动轴为管状结构，并套设于所述外筒内，所述第二传动轴套设于所述第一传动轴内，
所述喷管连接头设于所述转动头上，并能够相对所述转动头摆动；
所述齿轮箱包括相对的第一侧壁和第四侧壁以及相对的第二侧壁和第三侧壁，所述齿轮箱经所述第一侧壁与第二减速机连接，经所述第三侧壁与第三减速机连接，经所述第四侧壁与第四减速机连接，第二电机与所述第二减速机相连以带动所述齿轮箱转动；第三电机与所述第三减速机相连以带动所述转动头转动；第四电机与所述第四减速机相连以带动所述喷管连接头摆动，
其中，所述齿轮箱内还设有用于驱动转动头的第一齿轮组，所述第一齿轮组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合传动，所述第一传动轴的第一端固定于所述第二锥齿轮上，第二端固定于所述转动头上，
所述转动头内还设有用于驱动所述喷管连接头的第二齿轮组。
2.根据权利要求1所述的喷砂机器人，其特征在于，所述喷管连接头的端面上设有径向贯通的凹槽，所述喷管连接头设于所述凹槽内，并能够沿着凹槽摆动。
3.根据权利要求1所述的喷砂机器人，其特征在于，所述第二传动轴的第一端沿着所述第二锥齿轮的转轴方向穿过所述锥齿轮，并能够相对所述第二锥齿轮转动，
所述第二齿轮组包括彼此啮合传动的第三锥齿轮和第四锥齿轮，
所述第二传动轴的第二端固定于所述第三锥齿轮上。
4.根据权利要求3所述的喷砂机器人，其特征在于，所述转动头内设有第三传动轴，所述第三传动轴可转动支撑于所述转动头内，并沿着所述第四锥齿轮的转轴方向依次穿过所述第四锥齿轮和所述喷管连接头，并分别固定于所述第四锥齿轮和喷管连接头上。
5.根据权利要求1所述的喷砂机器人，其特征在于，
所述第三电机用于驱动所述第二传动轴，所述第四电机用于驱动所述第一锥齿轮。
6.根据权利要求1所述的喷砂机器人，其特征在于，所述转动头和第二机械臂同轴设置。
7.根据权利要求1所述的喷砂机器人，其特征在于，所述转动头的端面边缘处设有锥形部。
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