CN109395940A - 一种纯机械传动式喷涂机器人 - Google Patents

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杨文�
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Abstract

本发明属于工业机器人应用技术领域，公开一种纯机械传动式喷涂机器人，包括五自由度机器人和正压防爆系统，五自由度机器人包括固定底座、旋转底座、旋转驱动装置、末端安装座、喷枪、位置调整杆组、姿态调整杆组、同步轮传动，位置调整杆组包括伺服电机、大臂、前臂、小臂、小臂拉杆，姿态调整杆组包括电动滑台、电缸固定座、第一保姿态杆、三角连接架、第二保姿态杆、弹簧支撑杆，同步轮传动包括伺服电机、同步带轮和同步带，正压防爆系统包括气泵、气管和密封壳。本发明采用纯机械传动方案，电气部分均放置于机器人底座和支链底部，进行集中防爆，具有生产效率高、安全性能高，可实现自动喷涂操作。

Description

一种纯机械传动式喷涂机器人
技术领域
本发明属于工业机器人领域，具体涉及一种纯机械传动式喷涂机器人。
背景技术
喷涂机器人广泛应用范围广主要有五金、塑胶、家私、军工、船舶等领域，是现今应用最普遍的一种涂装方式；喷涂机器人对工件进行喷涂过程中，喷出的油漆气体主要含笨、甲苯、二甲苯、甲醛、丁二烯及汽油等可燃性气体，如果机器人内某个电器元件接线口发生火花或电机工作时产生的热量积累使温度过高，可能会点燃密封腔内的易燃物质而产生爆炸。目前生产喷漆机器人产品的国外公司主要是瑞典的ABB，日本的FANUC、YASKAWA、KAWASAKI等，其喷漆技术已经处于应用阶段，而且为了适应市场的快速变化，过去刚性往复式自动喷涂线都已经改为以机器人为主体的柔性自动喷涂线。为了达到防爆要求，喷涂机器人在其驱动、传动及末端执行系统均采用了高度严格的密封设计，大幅增加机器人设计制造及使用成本。大部分机床床身、家电外罩等板材、钣金产品只需要喷涂外表面，并且外表面结构较为简单，对机器人的喷涂精度要求较低，如果使用上述的自由度关节式机器人，将增加企业生产和升级成本，造成不必要的浪费。目前部分企业为节约成本，依然使用往复式自动喷涂线进行喷涂作业，存在喷涂误差大，油漆使用量大，不良率大，局部喷涂不均等问题，严重影响了产品外观和喷涂效率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种纯机械传动式喷涂机器人，该装置结构简单，设计制造及使用成本较低，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。
本发明是一种纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于该装置包括五自由度机器人和正压防爆系统。所述五自由度机器水平固定在地面，所述正压防爆系统将五自由度机器水平的电气部分与环境气体隔离，达到防爆效果。所述五自由度机器包括固定底座1、旋转底座11、旋转驱动装置5、末端安装座8、喷枪24、位置调整杆组、姿态调整杆组、同步轮传动，所述旋转驱动装置5包括伺服电机、齿轮和摆线针轮减速器，所述旋转驱动装置5中的摆线针轮减速器外圈与所述旋转底座11通过螺钉相连，外圈与所述固定底座4通过螺钉与相连，所述旋转驱动装置5中的伺服电机通过螺钉固定在所述旋转底座11上，其输出轴通过键与所述旋转驱动装置5中的齿轮连接，所述所述旋转驱动装置5中齿轮与所述旋转驱动装置5中摆线针轮减速器内圈上的齿轮啮合；
所述位置调整杆组包括伺服电机、大臂10、前臂9、小臂7、小臂拉杆6，其特征在于，所述大臂10、前臂9、小臂7、小臂拉杆6通过转动铰链连接形成平行四边形结构；其中所述大臂10和小臂7靠近固定底座4的一端与伺服电机连接，伺服电机通过螺钉固定在电机安装法兰，驱动所述大臂10和小臂7转动；
所述姿态调整杆组包括电动滑台17、电缸固定座16、第一保姿态杆15、三角连接架14、第二保姿态杆13、弹簧支撑杆12，其特征在于，所述电缸固定座16中部通过铰链与所述旋转底座11相连，所述姿态调整杆组中的电动滑台17底座与所述电缸固定座16通过螺钉连接，所述电动滑台17的滑块通过螺钉与所述第一保姿态杆15一端相连，所述第一保姿态杆15的另一端通过转动铰链与所述三角连接架14的一端相连，所述第二保姿态杆13的一端与所述三角连接架14的另一端通过转动铰链连接，所述三角连接架14第三端通过转动铰链与所述弹簧支撑杆12的一端相连，所述弹簧支撑杆12的另一端通过转动铰链与所述旋转底座11相连。
所述位置调整杆组，其特征在于，所述大臂10与所述姿态调整杆组中的所述第一保姿态杆15通过转动铰链连接，所述三角连接架14的两端分别与所述大臂10及所述第一保姿态杆15通过铰链连接，所述前臂9、三角连接架14、第二保姿态杆13和末端安装座8连接形成平行四边形结构，控制所述末端安装座8的仰角。
所述同步带传动组件包括带轮驱动电机18、第1同步带轮19、张紧轮21、第2同步带轮20、第3同步带轮22和同步带26、末端减速机23，其特征在于，其所述带轮驱动电机18通过螺钉与电机固定座连接，所述电机固定座通过螺钉固定住所述小臂7上，并与所述小臂7一端的旋转铰链同心，所述带轮驱动电机18的输出轴通过键与同步带轮配合连接。所述第1同步带轮19通过螺钉与所述大臂10的一端连接，并与旋转铰链同心；所述第2同步带轮20通过螺钉与所述前臂9的一端连接，并与旋转铰链同心；所述第3同步带轮22与所述末端减速机23输入轴通过平键连接；各级同步轮之间通过所述同步带26连接，和所述张紧轮21调整松紧，从而传递力矩。所述末端减速机23通过螺钉固定在所述末端底座8上，所述末端减速机23输出孔与所述喷枪固定杆25连接，所述喷枪24通过螺钉固定在所述喷枪固定杆25末端。
所述末端安装座8，其特征在于其一端与所述前臂9通过转动铰链连接，另一端与所述第二保姿态杆13通过转动铰链连接。
所述正压防爆系统包括气泵1、气管2和密封壳3。其特征在于，所述密封壳3通过螺钉固定在所述旋转底座11上，将驱动装置的电机部分与环境隔离，所述气泵1水平固定在地面，通过所述气管2将正压气体通入所述密封壳3内，维持罩内的气体正压，使环境气体无法进入密封罩。
本发明通过驱动所述位置调整杆组可以控制所述末端底座8的路径，通过驱动所述姿态调整杆组可以改变所述末端底座8的姿态仰角，通过驱动所述同步带轮组件可以改变喷枪24的角度。
本发明所提供的五自由度机器人，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。本发明把位置调整杆组和姿态调整杆组输出的动力汇合到末端底座，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。
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)本发明的机器人驱动装置均安装于旋转底座11，末端重量轻，运动惯性小，提高了末端执行器的运动轨迹精度；3)本发明的机器人采用纯机械传动，将三个动力源通过二个传动支链和一个同步带轮组输送到末端上，电气部分均安装在固定底座和旋转底座，采用集中防爆设计，简化了防爆设计，减少了防爆区域和成本。
附图说明
图1为纯机械传动式喷涂机器人总图
图2为纯机械传动式喷涂机器人左视图
图3为纯机械传动式喷涂机器人右视图
图4为纯机械传动式喷涂机器人结构图
图5为纯机械传动式喷涂机器人末端底座局部图
图中：1气泵；2气管；3密封壳；4固定底座；5旋转驱动装置；6小臂拉杆；7小臂；8末端安装座；9前臂；10大臂；11旋转底座；12弹簧支撑杆；13第二保姿态杆；14三角连接架；15第一保姿态杆；16电缸固定座；17电动滑台；18带轮驱动电机；19第一同步带轮；20第二同步带轮；21张紧轮；22第三同步带轮；23末端减速机；24喷枪；25喷枪杆固定杆；26同步带。
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所示，本发明所提供一种纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于该装置包括五自由度机器人和正压防爆系统。五自由度机器水平固定在地面，正压防爆系统将五自由度机器水平的电气部分与环境气体隔离，达到防爆效果。五自由度机器包括固定底座1、旋转底座11、旋转驱动装置5、末端安装座8、喷枪24、位置调整杆组、姿态调整杆组、同步轮传动，旋转驱动装置5包括伺服电机、齿轮和摆线针轮减速器，旋转驱动装置5中的摆线针轮减速器外圈与旋转底座11通过螺钉相连，外圈与固定底座4通过螺钉与相连，旋转驱动装置5中的伺服电机通过螺钉固定在旋转底座11上，其输出轴通过键与旋转驱动装置5中的齿轮连接，旋转驱动装置5中齿轮与旋转驱动装置5中摆线针轮减速器内圈上的齿轮啮合；
位置调整杆组包括伺服电机、大臂10、前臂9、小臂7、小臂拉杆6，其特征在于，大臂10、前臂9、小臂7、小臂拉杆6通过转动铰链连接形成平行四边形结构；其中大臂10和小臂7靠近固定底座4的一端与伺服电机连接，伺服电机通过螺钉固定在电机安装法兰，驱动大臂10和小臂7转动。
姿态调整杆组包括电动滑台17、电缸固定座16、第一保姿态杆15、三角连接架14、第二保姿态杆13、弹簧支撑杆12，其特征在于，电缸固定座16中部通过铰链与旋转底座11相连，姿态调整杆组中的电动滑台17底座与电缸固定座16通过螺钉连接，电动滑台17的滑块通过螺钉与第一保姿态杆15一端相连，第一保姿态杆15的另一端通过转动铰链与三角连接架14的一端相连，第二保姿态杆13的一端与三角连接架14的另一端通过转动铰链连接，三角连接架14第三端通过转动铰链与弹簧支撑杆12的一端相连，弹簧支撑杆12的另一端通过转动铰链与旋转底座11相连。如图3所示，通过控制电动滑台17，改变图中三角形HJI中边JI的长度，此时边IH固定，从而控制边HJ的角度，即三角连接架14的角度，进而控制控制末端安装座8的仰角。
位置调整杆组的特征在于，大臂10与姿态调整杆组中的第一保姿态杆15通过转动铰链连接，三角连接架14的两端分别与大臂10及第一保姿态杆15通过铰链连接，前臂9、三角连接架14、第二保姿态杆13和末端安装座8连接形成平行四边形结构，如图2中平行四边形ABCD和DEFG所示，通过电机控制小臂拉杆6转动，即边AB转动，此时大臂10和姿态调整杆组固定，从而在保证末端底座8仰角不变的情况下，控制末端底座8的空间位置；同理，大臂10(即边AD)转动，其他杆件不动时，也可控制末端底座8的空间位置。
同步带传动组件包括带轮驱动电机18、第1同步带轮19、第2同步带轮20、第3同步带轮22和同步带26、末端减速机23，其特征在于，其带轮驱动电机18通过螺钉与电机固定座连接，电机固定座通过螺钉固定住小臂7上，并与小臂7一端的旋转铰链同心，带轮驱动电机18的输出轴通过键与同步带轮配合连接。第1同步带轮19通过螺钉与大臂10的一端连接，并与旋转铰链同心；第2同步带轮20通过螺钉与前臂9的一端连接，并与旋转铰链同心；第3同步带轮22与末端减速机23输入轴通过平键连接；各级同步轮之间通过同步带26连接，和张紧轮21调整松紧，从而传递力矩。末端减速机23通过螺钉固定在末端底座8上，末端减速机23输出孔与喷枪固定杆25连接，喷枪24通过螺钉固定在喷枪固定杆25末端。控制喷枪24旋转
末端安装座8，其特征在于其一端与前臂9通过转动铰链连接，另一端与第二保姿态杆13通过转动铰链连接。
正压防爆系统包括气泵1、气管2和密封壳3。其特征在于，密封壳3通过螺钉固定在旋转底座11上，将驱动装置的电机部分与环境隔离，气泵1水平固定在地面，通过气管2将正压气体通入密封壳3内，维持罩内的气体正压，使环境气体无法进入密封罩。
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 (7)

1.一种纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：该装置包括五自由度机器人和正压防爆系统，所述五自由度机器水平固定在地面，所述正压防爆系统将五自由度机器水平的电气部分与环境气体隔离，所述五自由度机器包括固定底座(1)、旋转底座(11)、旋转驱动装置(5)、末端安装座(8)、喷枪(24)、位置调整杆组、姿态调整杆组、同步轮传动，所述旋转驱动装置(5)包括伺服电机、齿轮和摆线针轮减速器，所述旋转驱动装置(5)中的摆线针轮减速器外圈与所述旋转底座(11)通过螺钉相连，外圈与所述固定底座(4)通过螺钉与相连，所述旋转驱动装置(5)中的伺服电机通过螺钉固定在所述旋转底座(11)上，其输出轴通过键与所述旋转驱动装置(5)中的齿轮连接，所述所述旋转驱动装置(5)中齿轮与所述旋转驱动装置(5)中摆线针轮减速器内圈上的齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述位置调整杆组包括伺服电机、大臂(10)、前臂(9)、小臂(7)、小臂拉杆(6)，所述大臂(10)、前臂(9)、小臂(7)、小臂拉杆(6)通过转动铰链连接形成平行四边形结构；其中所述大臂(10)和小臂(7)靠近固定底座(4)的一端与伺服电机连接，伺服电机通过螺钉固定在电机安装法兰，驱动所述大臂(10)和小臂(7)转动。
3.根据权利要求2所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述姿态调整杆组包括电动滑台(17)、电缸固定座(16)、第一保姿态杆(15)、三角连接架(14)、第二保姿态杆(13)、弹簧支撑杆(12)，所述电缸固定座(16)中部通过铰链与所述旋转底座(11)相连，所述姿态调整杆组中的电动滑台(17)底座与所述电缸固定座(16)通过螺钉连接，所述电动滑台(17)的滑块通过螺钉与所述第一保姿态杆(15)一端相连，所述第一保姿态杆(15)的另一端通过转动铰链与所述三角连接架(14)的一端相连，所述第二保姿态杆(13)的一端与所述三角连接架(14)的另一端通过转动铰链连接，所述三角连接架(14)第三端通过转动铰链与所述弹簧支撑杆(12)的一端相连，所述弹簧支撑杆(12)的另一端通过转动铰链与所述旋转底座(11)相连。
4.根据权利要求3所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述位置调整杆组，所述大臂(10)与所述姿态调整杆组中的所述第一保姿态杆(15)通过转动铰链连接，所述三角连接架(14)的两端分别与所述大臂(10)及所述第一保姿态杆(15)通过铰链连接，所述前臂(9)、三角连接架(14)、第二保姿态杆(13)和末端安装座(8)连接形成平行四边形结构。
5.根据权利要求4所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述同步带传动组件包括带轮驱动电机(18)、第1同步带轮(19)、张紧轮(21)、第2同步带轮(20)、第3同步带轮(22)和同步带(26)、末端减速机(23)，其特征在于，其所述带轮驱动电机(18)通过螺钉与电机固定座连接，所述电机固定座通过螺钉固定住所述小臂(7)上，并与所述小臂(7)一端的旋转铰链同心，所述带轮驱动电机(18)的输出轴通过键与同步带轮配合连接。所述第1同步带轮(19)通过螺钉与所述大臂(10)的一端连接，并与旋转铰链同心；所述第2同步带轮(20)通过螺钉与所述前臂(9)的一端连接，并与旋转铰链同心；所述第3同步带轮(22)与所述末端减速机(23)输入轴通过平键连接；各级同步轮之间通过所述同步带(26)连接，和所述张紧轮(21)调整松紧，从而传递力矩。所述末端减速机(23)通过螺钉固定在所述末端底座(8)上，所述末端减速机(23)输出孔与所述喷枪固定杆(25)连接，所述喷枪(24)通过螺钉固定在所述喷枪固定杆(25)末端。
6.根据权利要求5所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述末端安装座(8)，其特征在于其一端与所述前臂(9)通过转动铰链连接，另一端与所述第二保姿态杆(13)通过转动铰链连接。
7.根据权利要求6所述的纯机械传动式喷涂机器人，其特征在于：所述正压防爆系统包括气泵(1)、气管(2)和密封壳(3)，所述密封壳(3)通过螺钉固定在所述旋转底座(11)上，将驱动装置的电机部分与环境隔离，所述气泵(1)水平固定在地面，通过所述气管(2)将正压气体通入所述密封壳(3)内，维持罩内的气体正压，使环境气体无法进入密封罩。
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