CN109807909B - 七自由度喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七自由度喷涂机器人，包括喷枪以及喷涂机器人本体，喷涂机器人本体包括依次串联连接的第一关节、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、第六连接件和第七连接件，通过各个连接件之间的连接实现机器人的转动以及绕机器人本体的中心轴线的旋转，实现喷涂作业。本发明可代替人工喷涂作业，降低人工成本、提高喷涂效率、涂层质量及涂层精密度，避免漆雾对操作人员身体的伤害；本发明可自由组装成多自由度长臂结构，工作范围较通用型喷涂机器人大，并且具有冗余自由度，灵活度高，动态响应好，可以满足飞机、船舶等大尺寸复杂型面工件的喷涂要求。

Description

七自由度喷涂机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种七自由度喷涂机器人。

背景技术

喷涂机器人是一项较为成熟的技术，已经有多年的研究和发展历史。在此期间，涌现了许多喷涂机器人公司，如瑞士和瑞典的ABB公司、日本的安川MOTOMAN公司、德国的KUKA公司等，目前ABB公司的喷涂机器人在世界范围内应用得较为广泛，如ABB IRB5500喷涂机器人，在汽车、夹具、电子产品等中小型零部件的表面喷涂作业中广泛应用，但对于大型工件，如飞机内外表面、船舶外表面，其工作范围较小，结构尺寸较大，大型复杂型面及狭窄空间的适应性较差。

目前，对于飞机外表面、飞机管道内表面、船舶外表面等大尺寸复杂结构工件的涂装作业，大部分制造企业多采用手工喷涂方式进行，该种喷涂方式涂装效率低、涂层质量难以保证，且有毒的漆雾严重危害人体健康。现有的喷涂机器人通常工作范围小，结构尺寸较大，灵活度低，难以满足大范围、复杂曲面以及狭窄空间的喷涂作业要求。例如，授权公告号为CN206240699U的中国专利公开了一种管道内壁喷涂机器人，主要由机架、提升旋转机构、喷涂机构、管道、输送机构和控制系统组成，但该机器人只可以实现等截面规则管道的内壁喷涂作业，对于变截面复杂异形管道并不适用。授权公告号为CN107999311A的中国专利公开了一种用于管道喷涂的工业喷涂机器人，包括连接外设的连接机构、用于机器人在管内自主行走的行走支撑机构、用于喷涂的喷涂机构、用于快速固化作业的固化机构以及用于采集记录视频信息的视频采集机构。该机器人同样适用于等截面规则管道的内壁喷涂作业，但对于变截面复杂异形管道并不适用。授权公告号为CN107953328A的中国专利公开了一种七自由度仿人机械臂，该机械臂通过肩部俯仰关节、肩部偏航关节、肩部横滚关节的配合实现了机械臂对人体肩部球状关节的仿生；通过肘部俯仰关节和肘部横滚关节的配合实现了肘部关节的仿生；通过腕部偏航关节和腕部俯仰关节的配合实现了机械臂对人手腕部的高度仿生，可以在一些特殊环境下代替人进行操作。该机器人臂展较短，工作范围较小，不适用于大尺寸工件的喷涂作业需求。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种七自由度喷涂机器人，以解决现有的喷涂机器人难以满足大范围、复杂曲面以及狭窄空间的喷涂作业要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述七自由度喷涂机器人，包括：喷枪以及喷涂机器人本体，所述喷涂机器人本体包括依次串联连接的第一关节、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、第六连接件和第七连接件，其中，所述第一连接件相对于所述第一关节绕所述第一关节的轴线可转动，所述第二连接件包括第二关节，所述第二连接件相对于所述第一连接件绕所述第二关节的轴线可转动，所述第三连接件包括第三关节和第四关节，所述第三连接件相对于所述第二连接件绕所述第三关节的轴线可转动，所述第四连接件相对于所述第三连接件绕所述第四关节的轴线可转动，所述第五连接件包括第五关节和第六关节，所述第五连接件相对于所述第四连接件绕所述第五关节的轴线可转动，所述第六连接件相对于所述第五连接件绕所述第六关节的轴线可转动，所述第六连接件包括第七关节，所述第七连接件相对于所述第六连接件绕喷涂机器人本体的中心轴线可旋转，所述喷枪与所述第七连接件连接，用于喷涂作业。

优选地，所述第一关节包括：基座和第一驱动装置，所述基座的第一端作为喷涂机器人的安装端，用于与外部部件连接，所述第一驱动装置安装在所述基座的第二端，且所述第一驱动装置与所述第一连接件连接，用于驱动所述第一连接件的转动。

优选地，所述第一连接件包括第一连接叉臂结构和第二连接叉臂结构，分别位于所述第一连接件的两端，所述第一连接叉臂结构与所述第一关节连接，所述第二连接叉臂结构与所述第二关节连接，且所述第一连接叉臂结构的轴线与所述第二连接叉臂结构的轴线相互垂直，使得所述第一关节的轴线与所述第二关节的轴线相互垂直。

优选地，所述第二关节包括：第二驱动装置，用于驱动所述第二连接件的转动，所述第二连接件还包括：第一手臂杆和第一手臂叉杆，所述第一手臂杆的第一端连接所述第二关节，所述第一手臂杆的第二端连接所述第一手臂叉杆，且所述第一手臂叉杆与所述第三关节连接，所述第一手臂叉杆的轴线与所述第二关节的轴线平行，使得所述第三关节的轴线与所述第二关节的轴线平行。

优选地，所述第三关节与所述第二连接件连接，所述第三关节包括第三驱动装置，用于驱动所述第三连接件的转动，所述第四关节与所述第四连接件连接，所述第四关节包括第四驱动装置，用于驱动所述第四连接件的转动，所述第三关节的轴线与所述第四关节的轴线相互垂直。

优选地，所述第四连接件包括第二手臂叉杆、第二手臂杆和第三手臂叉杆，所述第二手臂叉杆与所述第三手臂叉杆分别位于所述第二手臂杆的两端，所述第二手臂叉杆与所述第四关节连接，所述第三手臂叉杆与所述第五关节连接，所述第二手臂叉杆与所述第三手臂叉杆的轴线相互垂直，使得所述第四关节的轴线与所述第五关节的轴线相互垂直。

优选地，所述第五关节与所述第四连接件连接，所述第五关节包括第五驱动装置，用于驱动所述第五连接件的转动，所述第六关节与所述第六连接件连接，所述第六关节包括第六驱动装置，用于驱动所述第六连接件的转动，所述第五关节的轴线与所述第六关节的轴线相互垂直。

优选地，所述第七关节包括第七驱动装置，用于驱动所述第七连接件的旋转，所述第六连接件还包括：第四叉臂结构，所述第四叉臂结构的第一端与所述第七关节连接，第二端与所述第六关节连接。

优选地，所述第七连接件包括第三手臂杆和喷枪连接板，所述第三手臂杆的第一端与所述第七关节连接，所述第三手臂杆的第二端与所述喷枪连接板连接，所述喷枪连接板用于安装所述喷枪。

优选地，所述七自由度喷涂机器人还包括多个气管接头，用于注入正压气体进行防爆，所述多个气管接头分别安装在所述第一关节、所述第二关节、所述第三连接件、所述第五连接件和所述第七关节上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明所述七自由度喷涂机器人可代替人工喷涂作业，降低人工成本、提高喷涂效率、涂层质量及涂层精密度，避免漆雾对操作人员身体的伤害；

本发明采用模块化设计，可自由组装成多自由度长臂结构，工作范围较通用型喷涂机器人大，并且本发明的七自由度喷涂机器人具有冗余自由度，灵活度高，动态响应好，可以满足飞机、船舶等大尺寸复杂型面工件的喷涂要求；

本发明的喷涂机器人具有冗余自由度，与通用型六自由度喷涂机器人相比，其冗余特性使得机器人灵活性更高(即实现避奇异位形)，避障碍功能以及防止关节运动超限功能更好，并且动力学性能可以更好地得到改善。

附图说明

图1为本发明所述七自由度喷涂机器人的等轴测图；

图2a为本发明中第一关节的后视示意图；

图2b为图2a的A-A向视图；

图3a为本发明中第一连接件的结构示意图；

图3b为本发明中第一连接件的正视示意图；

图3c为图3b的B-B向视图；

图4a为本发明中第二连接件的结构示意图；

图4b为本发明中第二连接件的正视示意图；

图4c为图4b的C-C向视图；

图5a为本发明中第三连接件的左视示意图；

图5b为图5a的D-D向视图；

图5c为本发明中第三连接件的正视示意图；

图5d为图5c的E-E向视图；

图6a为本发明中第四连接件的结构示意图；

图6b为本发明中第四连接件的正视示意图；

图6c为图6b的F-F向视图；

图7a为本发明中第五连接件的左视示意图；

图7b为图7a的G-G向视图；

图7c为本发明中第五连接件的正视示意图；

图7d为图7c的H-H向视图；

图8a为本发明中第六连接件的结构示意图；

图8b为本发明中第六连接件的正视示意图；

图8c为图8b的I-I向视图；

图9为本发明中第七连接件的结构示意图。

附图标记说明：

1-第一关节；2-第一连接件；3-第二连接件；4-第三连接件；401-第三关节；402-第四关节；5-第四连接件；6-第五连接件；601-第五关节；602-第六关节；7-第六连接件；701-第七关节；8-第七连接件；9-喷枪；10-基座；11-第一减速器；12-第一电机；13-第一轴承；14-限位感应片；15-第一气管接头；16-第一电缆接头；17-旋转座；18-第一盖板；19-第一轴承盖；20-第二盖板；21-第二轴承盖；22-罩盖；23-定位销轴；24-第一限位传感器；25-第一线座；26-第一限位块；27-第二限位块；28-第二限位传感器；29-第二关节；30-第二减速器；31-第二电机；32-第一转轴；33-感应环；34-第二轴承；35-第二气管接头；36-第二电缆接头；37-第二线座；38-第一手臂杆；39-第一手臂叉杆；40-第三线座；41-第四线座；42-第七限位块；43-第一线盖；44-第二线盖；45-第一电机安装座；46-第三限位块；47-第三电缆接头；48-第三气管接头；49-第二转轴；50-第三轴承；51-第三电机；52-内压盖；53-第一锁紧螺母；54-第一轴垫片；55-第一减速器法兰定位环；56-第四电机；57-第三转轴；58-第二锁紧螺母；59-第二轴垫片；60-第二减速器法兰定位环；61-第四轴承；62-第二手臂叉杆；63-第三盖板；64-第四盖板；65-第二手臂杆；66-第三手臂叉杆；67-第四限位块；68-第五限位块；69-第一绕线轴；70-第一线缆转套；71-第二电机安装座；72-第六限位块；73-第四电缆接头；74-第四气管接头；75-第四转轴；76-第五轴承；77-第五电机；78-第三锁紧螺母；79-第三轴垫片；80-第三减速器法兰定位环；81-第六电机；83-第五转轴；84-第四锁紧螺母；85-第四轴垫片；86-第六轴承；87-第三电机安装座；88-上连接臂；89-下连接臂；90-第七电机；91-第五气管接头；92-第五电缆接头；93-第二绕线轴；94-第二线缆转套；95-连接法兰；96-第三手臂杆；97-喷枪连接板；98-流量控制阀；99-三通接头。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

本发明所述七自由度喷涂机器人具有冗余自由度，可以满足飞机、船舶等大尺寸复杂型面工件的喷涂要求，相对于现有的喷涂机器人，具有更高的灵活度，可以应用于狭窄空间作业。

图1为本发明所述七自由度喷涂机器人的等轴测图，如图1所示，本发明所述七自由度喷涂机器人，包括：喷枪9以及喷涂机器人本体，所述喷涂机器人本体包括依次串联连接的第一关节1、第一连接件2、第二连接件3、第三连接件4、第四连接件5、第五连接件6、第六连接件7和第七连接件8。其中，所述第一连接件2相对于所述第一关节1绕所述第一关节1的轴线可转动，可实现绕第一关节轴线在水平面内的旋转运动；所述第二连接件3包括第二关节29，所述第二连接件3相对于所述第一连接件2绕所述第二关节29的轴线可转动，可实现绕第二关节轴线在竖直面内的俯仰运动；所述第三连接件4包括第三关节401和第四关节402，所述第三连接件4相对于所述第二连接件3绕所述第三关节401的轴线可转动，可实现绕第三关节轴线在竖直面内的俯仰运动；所述第四连接件5相对于所述第三连接件4绕所述第四关节402的轴线可转动，可实现绕第四关节轴线在水平面内的旋转运动；所述第五连接件6包括第五关节601和第六关节602，所述第五连接件6相对于所述第四连接件5绕所述第五关节601的轴线可转动，可实现绕第五关节轴线在竖直面内的俯仰运动；所述第六连接件7相对于所述第五连接件6绕所述第六关节602的轴线可转动，可实现绕第六关节轴线在水平面内的旋转运动；所述第六连接件7包括第七关节701，所述第七连接件8相对于所述第六连接件7绕喷涂机器人本体的中心轴线可旋转，所述喷枪9与所述第七连接件8连接，用于喷涂作业。

上述各个连接件可以进行自由组合安装，喷涂机器人相对于各个关节轴线的转动，取决于各个关节的安装方向，上述实施例中，仅描述了与图1中安装方式相对应的各个转动方向(包括水平面内的旋转运动和竖直面内的俯仰运动)，而本发明不限于此，其他组合方式不再一一赘述。

图2a为本发明中第一关节的后视示意图，图2b为图2a的A-A向视图，如图2a和图2b所示，第一关节1的主要结构为一个安装座结构，包括：基座10和第一驱动装置，所述基座10的第一端作为喷涂机器人的安装端，用于与外部部件连接，作为喷涂机器人的底座，安装所述七自由度喷涂机器人，所述第一驱动装置安装在所述基座10的第二端，且所述第一驱动装置与所述第一连接件2连接，用于驱动所述第一连接件2的转动。

第一驱动装置安装在第一关节1的内部，使得喷涂机器人在第一关节1处的径向尺寸较小，更加适用于变截面异形管道的狭窄空间作业。第一驱动装置包括：第一电机12、第一减速器11和第一轴承13，其中，第一电机12安装于基座10的第二端，第一减速器11安装在基座10的内部，输入端与第一电机12连接，输出端与第一连接件2的旋转座17连接，第一电机12作为第一关节1的驱动，通过第一减速器11实现绕第一关节轴线在水平方向的旋转运动。第一轴承13安装在基座10与第一连接件2的第一轴承盖19之间，用于第一关节1的径向支撑。该种双边连接结构形式(一端减速器、一端轴承)使得第一关节1的刚度更高。

本发明的一个实施例中，第一关节1还包括限位感应片14，安装在基座10上，限位感应片14与安装在第一连接件2上的第一限位传感器24配合工作，构成第一关节1的电限位装置。

由于漆雾易燃易爆，第一关节1的第一电机12、第一减速器11均密封安装，本发明的一个实施例中，第一关节1还包括第一气管接头15，第一气管接头15安装在基座10上，用于连接气管，以便于通过第一气管接头15通入正压气体进行防爆处理。第一关节1还包括第一电缆接头16，用于连接电气线缆。

图3a为本发明中第一连接件的结构示意图，图3b为本发明中第一连接件的正视示意图，图3c为图3b的B-B向视图，如图3a-3c所示，所述第一连接件2的主要结构为连接叉臂结构构成的旋转座17，作为第一关节1与第二关节29的连接臂。第一连接件2包括第一连接叉臂结构和第二连接叉臂结构，分别位于所述第一连接件2的两端，所述第一连接叉臂结构与所述第一关节1连接，所述第二连接叉臂结构与所述第二关节29连接，且所述第一连接叉臂结构的轴线与所述第二连接叉臂结构的轴线相互垂直，使得所述第一关节1的轴线与所述第二关节29的轴线相互垂直，从而实现绕第一关节轴线在水平方向的旋转运动和绕第二关节轴线在竖直方向的俯仰运动。第一连接叉臂结构和第二连接叉臂结构均呈U形，共用一个U形底座，第一关节1和第二关节29分别嵌在两个U形结构的开口端。第一连接叉臂结构的轴线指的是垂直于U形结构中两个对立面的轴线，同样地，第二连接叉臂结构的轴线是指垂直于相应的U形结构中两个对立面的轴线。

本发明的一个实施例中，第一连接叉臂结构包括第一盖板18和第一轴承盖19，其中，第一盖板18和第一轴承盖19均安装在旋转座17上，第一轴承盖19与第一轴承13连接，第一盖板18固定安装在旋转座17上，用于防尘。第二连接叉臂结构包括第二盖板20、第二轴承盖21和罩盖22，均安装在旋转座17上，其中，罩盖22位于一侧，第二盖板20和第二轴承盖21位于另一侧，且第二盖板20安装在第二轴承盖21的外侧，且第二轴承盖21的轴线与第一轴承盖19的轴线相互垂直。

本发明的一个实施例中，第一连接件2还包括第一限位块26，安装在旋转座17上，作为第一关节1的机械限位件，防止运动超限。第一连接件2还包括第二限位块27，安装在旋转座17上，作为第二关节29的机械限位件。

所述旋转座17上还安装有第一限位传感器24，位于第二叉臂结构中，与第一关节的限位感应片14配合工作，构成第一关节1的电限位装置；所述旋转座17上还安装有第二限位传感器28，位于第一叉臂结构中，第二限位传感器28与安装在第二关节29上的感应环33配合工作，构成第二关节29的电限位装置。所述旋转座17上还安装有定位销轴23，位于第二叉臂结构中，用于对第二叉臂结构与第二关节29的连接进行定位。

本发明的一个实施例中，第一连接件2还包括第一线座25，安装在第一叉臂结构的外侧，用作电气线缆的束线装置。

图4a为本发明中第二连接件的结构示意图，图4b为本发明中第二连接件的正视示意图，图4c为图4b的C-C向视图，如图4a-4c所示，所述第二连接件3还包括：第一手臂杆38和第一手臂叉杆39，所述第一手臂杆38的第一端连接所述第二关节29(可通过螺钉连接)，所述第一手臂杆38的第二端连接所述第一手臂叉杆39(可通过螺钉连接)，且所述第一手臂叉杆39与所述第三关节401连接，第一手臂杆38和第一手臂叉杆39构成第二关节29和第三关节401的连接臂，所述第一手臂叉杆39的轴线与所述第二关节29的轴线平行，使得所述第三关节401的轴线与所述第二关节29的轴线平行，从而实现绕第三关节轴线和绕第二关节轴线在水平方向的旋转运动。

本发明的一个实施例中，第二连接件3还包括第二线座37，安装在第一手臂杆38上，用作第一手臂杆38内部电气线缆的束线装置。

所述第二关节29包括：第二驱动装置，用于驱动所述第二连接件3的转动。第二驱动装置安装在第二关节29的内部，使得喷涂机器人在第二关节29处的径向尺寸较小，更加适用于变截面异形管道的狭窄空间作业。第二驱动装置包括：第二电机31、第二减速器30、第二轴承34和第一转轴32，其中，第二减速器30安装于第二关节29的内部，其输入端与第二电机31连接，输出端与第一连接件3的罩盖22连接，第二电机31作为第二关节29的驱动，通过第二减速器30可实现绕第二关节轴线在竖直方向的俯仰运动。第二轴承34安装于第一转轴32与第二轴承盖21之间，作为第二关节29的径向支撑。优选地，第一转轴32上安装有感应环33，与第二限位传感器28配合工作，作为第二关节29的电限位装置。

由于漆雾易燃易爆，第二电机31和第二减速器30均处于密封空间，本发明的一个实施例中，第二关节29还包括第二气管接头35，第二气管接头35用于连接气管，以便于通过第二气管接头35通入正压气体进行防爆处理。第二关节29还包括第二电缆接头36，用于连接电气线缆。

第一手臂叉杆39呈U形，第一手臂叉杆39的轴线指的是垂直于相应的U形结构中两个对立面的轴线。第一手臂叉杆39包括第一线盖43和第二线盖44，第一线盖43和第二线盖44相互平行，相向设置，用于与第三关节401连接，将第三关节401连接在第一线盖43与第二线盖44之间。

本发明的一个实施例中，第二连接件3还包括第三线座40和第四线座41，第三线座40和第四线座41均安装在第一手臂叉杆39上，分别位于第一手臂叉杆39的两侧，用于电气线缆由外侧进入第一手臂杆38内部的束线装置。

本发明的一个实施例中，所述第二连接件3还包括第七限位块42，安装在第一手臂叉杆39上，作为第三关节401的机械限位件，防止运动超限。

图5a为本发明中第三连接件的左视示意图，图5b为图5a的D-D向视图，图5c为本发明中第三连接件的正视示意图，图5d为图5c的E-E向视图，如图5a-5d所示，第三连接件4包括第三关节401和第四关节402，其中，第三关节401与第二连接件3连接，例如，嵌在第二连接件的第一手臂叉杆39中，实现绕第三关节轴线的俯仰运动，第四关节402与第四连接件5连接，例如，嵌在第四连接件的第二手臂叉杆62中，实现绕第四关节轴线的旋转运动。

第三关节401包括第三驱动装置，用于驱动所述第三连接件4的转动，第三驱动装置安装在第三关节401的内部，使得喷涂机器人在第三关节401处的径向尺寸较小，更加适用于变截面异形管道的狭窄空间作业。第三驱动装置包括：第三电机51、第二转轴49和第三轴承50，其中，第二转轴49穿过第三电机51，两端分别与第一手臂叉杆39的两侧连接，其中一端通过螺钉固定，另一端安装有第一锁紧螺母53、第一轴垫片54和第一减速器法兰定位环55，通过第一锁紧螺母53和第一轴垫片54固定第二转轴49的端部，实现第三关节401与第二连接件3的连接。第三电机51安装在第一电机安装座45上，第三电机51的输出端通过第一减速器法兰定位环55与第一手臂叉杆39的一侧连接，作为第三关节401的驱动，实现绕第三关节轴线竖直方向上的俯仰运动。第三轴承50安装在第一电机安装座45与第二转轴49之间，用于第三关节401的径向支撑，其中第三轴承50的外圈与第一电机安装座45连接，内圈与第二转轴49连接。第三驱动装置还包括内压盖52，与第三电机51连接。

所述第四关节402包括第四驱动装置，用于驱动所述第四连接件5的转动，类似地，第四驱动装置安装在第四关节402的内部，并且所述第三关节401的轴线与所述第四关节402的轴线相互垂直。第四驱动装置与第三驱动装置的结构类似，第四驱动装置包括：第四电机56、第三转轴57和第四轴承61，其中，第三转轴57穿过第四电机56，两端分别与第二手臂叉杆62的两侧连接，其中一端通过螺钉固定，另一端安装有第二锁紧螺母58、第二轴垫片59和第二减速器法兰定位环60，通过第二锁紧螺母58和第二轴垫片59固定在第三转轴57的端部，实现第四关节402与第四连接件5的连接。第四电机56安装在第一电机安装座45上，且第四电机56与第三电机51在空间上垂直布置，第四电机56的输出端通过第二减速器法兰定位环60与第二手臂叉杆62的一侧连接，作为第四关节402的驱动，实现绕第四关节轴线水平方向上的旋转运动。第四轴承61安装在第一电机安装座45与第三转轴57之间，用于第四关节402的径向支撑，其中，第四轴承61的外圈与第一电机安装座45连接，内圈与第三转轴57连接。

第三关节401与第四关节402均采用双边连接结构形式，提高关节刚度。

由于漆雾易燃易爆，第三连接件4的第三电机51和第四电机56均处于密封空间中，本发明的一个实施例中，第三连接件4还包括第三气管接头48，用于连接气管，以便于通过第三气管接头48通入正压气体进行防爆处理。第三连接件4还包括第三电缆接头47，用于连接电气线缆。优选地，第三气管接头48和第三电缆接头47均安装在第一电机安装座45的侧面。

本发明的一个实施例中，第三连接件4还包括第三限位块46，安装在第三关节401处，作为第三关节401的机械限位件，防止运动超限。优选地，第三限位块46安装在第一电机安装座45上。

图6a为本发明中第四连接件的结构示意图，图6b为本发明中第四连接件的正视示意图，图6c为图6b的F-F向视图，如图6a-6c所示，第四连接件5的主要结构为连接臂结构，作为第四关节402与第五关节601的连接臂。第四连接件5包括第二手臂叉杆62、第二手臂杆65和第三手臂叉杆66，依次通过螺钉连接，第二手臂叉杆62与第三手臂叉杆66分别位于第二手臂杆65的两端，第二手臂叉杆62与第四关节402连接，第三手臂叉杆66与第五关节601连接，第二手臂叉杆62与第三手臂叉杆66的轴线相互垂直，使得第四关节402的轴线与第五关节601的轴线相互垂直。第二手臂叉杆62和第三手臂叉杆66均为U形框架结构，轴线指垂直于U形结构两个对立面的轴线。第四关节402和第五关节601分别嵌在两个U形结构的开口端。

第二手臂叉杆62包括第三盖板63和第四盖板64，第三盖板63与第四盖板64相互平行，分别位于第二手臂叉杆62的两侧。

本发明的一个实施例中，第四连接件5还包括第四限位块67，安装在第三手臂叉杆66的一侧，作为第五关节601的机械限位件，防止运动超限。第四连接件5还包括第五限位块68，安装在第二手臂叉杆62的一侧，作为第四关节402的机械限位件，防止运动超限。

本发明的一个实施例中，第四连接件5还包括第一绕线轴69和第一线缆转套70，用于第一手臂叉杆62之间的线缆进行缠绕实现束线的目的，其中，第一绕线轴69安装在第一手臂叉杆62之间，两端分别连接第一手臂叉杆62的两侧，第一线缆转套70套在第一绕线轴69上。

图7a为本发明中第五连接件的左视示意图，图7b为图7a的G-G向视图，图7c为本发明中第五连接件的正视示意图，图7d为图7c的H-H向视图，如图7a-7d所示，第五连接件6包括第五关节601和第六关节602，其中第五关节601与第四连接件5连接，例如，嵌在第四连接件的第三手臂叉杆66中，实现绕第五关节轴线的俯仰运动，第六关节602与第六连接件7连接，例如，嵌在第六连接件的第四手臂叉杆中，实现绕第五关节轴线的旋转运动。

第五关节601包括第五驱动装置，用于驱动第五连接件6的转动，第五驱动装置安装在第五关节601的内部，使得喷涂机器人在第五关节601处的径向尺寸较小，更加适用于变截面异形管道的狭窄空间作业。第五驱动装置包括：第五电机77、第四转轴75和第五轴承76，其中，第四转轴75穿过第五电机77，两端分别与第三手臂叉杆66的两侧连接，其中一端通过螺钉固定，另一端安装有第三锁紧螺母78、第三轴垫片79和第三减速器法兰定位环80，通过第三锁紧螺母78和第三轴垫片79固定第四转轴75的端部，实现第五关节601与第四连接件5的连接。第五电机77安装在第二电机安装座71上，第五电机77的输出端通过第三减速器法兰定位环80与第三手臂叉杆66的一侧连接，作为第五关节601的驱动，实现绕第五关节轴线竖直方向上的俯仰运动。第五轴承76安装在第二电机安装座71与第四转轴75之间，用于第五关节601的径向支撑，其中第五轴承76的外圈与第二电机安装座71连接，内圈与第四转轴75连接。

第六关节602包括第六驱动装置，用于驱动所述第六连接件7的转动，类似地，第六驱动装置安装在第六关节602的内部，并且所述第六关节602的轴线与所述第五关节601的轴线相互垂直。第六驱动装置的结构与第五驱动装置的结构类似，第六驱动装置包括：第六电机81、第五转轴83和第六轴承86，其中，第五转轴83穿过第六电机81，两端分别与第四手臂叉杆的两侧连接，其中一端通过螺钉固定，另一端安装有第四锁紧螺母84、第四轴垫片85，通过第四锁紧螺母84和第四轴垫片85固定第五转轴83的端部，实现第六关节602与第六连接件7的连接。第六电机81安装在第二电机安装座71上，且第六电机81与第五电机77在空间上垂直布置，第六电机81的输出端与第四手臂叉杆的一侧连接，作为第六关节602的驱动，实现绕第六关节轴线水平方向上的旋转运动。第六轴承86安装在第二电机安装座71与第五转轴83之间，用于第六关节602的径向支撑，其中，第六轴承86的外圈与第二电机安装座71连接，内圈与第五转轴83连接。

第五关节601与第六关节602均采用双边连接结构形式，提高关节刚度。

由于漆雾易燃易爆，第五电机77和第六电机81均处于密封空间中，本发明的一个实施例中，第五连接件6还包括第四气管接头74，第四气管接头74用于连接气管，以便于通过第四气管接头74通入正压气体进行防爆处理。第五连接件6还包括第四电缆接头73，用于连接电气线缆。优选地，第四气管接头74和第四电缆接头73均安装在第二电机安装座71的侧面。

本发明的一个实施例中，第五连接件6还包括第六限位块72，安装在第六关节602处，作为第六关节602的机械限位件，防止运动超限。优选地，第六限位块72安装在第二电机安装座71上。

图8a为本发明中第六连接件的结构示意图，图8b为本发明中第六连接件的正视示意图，图8c为图8b的I-I向视图，如图8a-8c所示，第六连接件7的主要结构为连接臂结构，作为第六关节602和第七关节701的连接部件。第六连接件7包括第七关节701和第四叉臂结构，第四叉臂结构的第一端与第七关节701连接，第二端与第六关节602连接。第四叉臂结构包括上连接臂88和下连接臂89，相向设置，第六关节602安装在上连接臂88和下连接臂89之间，第五转轴83的两端分别连接上连接臂88和下连接臂89。

第七关节701包括第七驱动装置，用于驱动第七连接件8的旋转。第七驱动装置包括第三电机安装座87和第七电机90。上连接臂88和下连接臂89分别通过螺钉与第三电机安装座87连接，形成U形结构。第七电机90安装在第三电机安装座87的内部，输出端与第七连接件8连接，作为第七关节701的驱动，实现绕机器人中心轴线的旋转运动。

第七电机90位于密封空间中，通入正压气体进行防爆处理。本发明的一个实施例中，第六连接件7还包括第五气管接头91，安装在第七关节701处，用于连接气管，以便于通入正压气体。第六连接件7还包括第五电缆接头92，用于连接电气线缆。优选地，第五气管接头91和第五电缆接头92均安装在第三电机安装座87上。

本发明的一个实施例中，第六连接件7还包括第二绕线轴93和第二线缆转套94，用于线缆的缠绕，将线缆束缚于上连接臂88和下连接臂89之间，其中，第二绕线轴93安装在第四叉臂结构中，两端分别连接上连接臂88和下连接臂89，第二线缆转套94套在第二绕线轴93上。

需要说明的是，本发明中，根据设定的各个连接件的转动角度，确定各个限位块的具体安装位置。

图9为本发明中第七连接件的结构示意图，如图9所示，第七连接件8包括第三手臂杆96和喷枪连接板97，第三手臂杆96的第一端与第七关节701连接，通过连接法兰95连接第七关节701和第三手臂杆96，第三手臂杆96的第二端与喷枪连接板97连接，通过螺钉连接，喷枪连接板97用于安装喷枪9。第三手臂杆96和喷枪连接板97构成喷枪的喷涂加长杆，扩大喷涂的作业范围。第七连接件8还包括流量控制阀98和三通接头99，均安装在喷枪连接板97上，用于漆料的流量控制，喷枪9位于喷枪连接板97的末端。

为了减小机器人外部径向尺寸以适应狭窄空间作业要求，电缆、漆管以及气管均布置于结构内部。本发明的一个实施例中，管线的布置路径为：喷枪9→第五电缆接头92→第二线缆转套94→第四电缆接头73→第一线缆转套70→第三电缆接头47→第三线座40→第二电缆接头36→第二线座37→第一线座25→第一电缆接头16。

由于漆雾易燃易爆，考虑到喷涂机器人的防爆性能，机器人各关节设计了气管接头，用于正压气体的注入，保证喷涂过程的安全可靠。本发明的一个实施例中，气管的连接路径为：喷枪9→第五气管接头91→第四气管接头74→第三气管接头48→第二气管接头35→第一气管接头15。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种七自由度喷涂机器人，其特征在于，包括：喷枪以及喷涂机器人本体，所述喷涂机器人本体包括依次串联连接的第一关节、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件、第五连接件、第六连接件和第七连接件，

其中，所述第一连接件相对于所述第一关节绕所述第一关节的轴线可转动，所述第二连接件包括第二关节，所述第二连接件相对于所述第一连接件绕所述第二关节的轴线可转动，所述第三连接件包括第三关节和第四关节，所述第三连接件相对于所述第二连接件绕所述第三关节的轴线可转动，所述第四连接件相对于所述第三连接件绕所述第四关节的轴线可转动，所述第五连接件包括第五关节和第六关节，所述第五连接件相对于所述第四连接件绕所述第五关节的轴线可转动，所述第六连接件相对于所述第五连接件绕所述第六关节的轴线可转动，所述第六连接件包括第七关节，所述第七连接件相对于所述第六连接件绕喷涂机器人本体的中心轴线可旋转，所述喷枪与所述第七连接件连接，用于喷涂作业；

其中，每个关节的内部均包括一个驱动装置，每个驱动装置均采用一端减速器、另一端轴承的双边连接结构形式；

其中，还包括限位装置，所述限位装置包括：

第一限位传感器和限位感应片，构成第一关节的电限位装置，所述第一限位传感器安装在第一连接件上，所述限位感应片安装在第一关节上；

第一限位块，安装在第一连接件上，作为第一关节的机械限位件；

第二限位块，安装在第一连接件上，作为第二关节的机械限位件；

第二限位传感器和感应环，构成第二关节的电限位装置，所述第二限位传感器安装在第一连接件上，所述感应环安装在第二关节上；

第七限位块，安装在第二连接件上，作为第三关节的机械限位件；

第三限位块，安装在第三连接件上，作为第三关节的机械限位件；

第四限位块，安装在第四连接件上，作为第五关节的机械限位件；

第五限位块，安装在第四连接件上，作为第四关节的机械限位件；

第六限位块，安装在第五连接件上，作为第六关节的机械限位件，所述七自由度喷涂机器人还包括多个气管接头，用于注入正压气体进行防爆，所述多个气管接头分别安装在所述第一关节、所述第二关节、所述第三连接件、所述第五连接件和所述第七关节上。

2.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第一关节包括：基座和第一驱动装置，所述基座的第一端作为喷涂机器人的安装端，用于与外部部件连接，所述第一驱动装置安装在所述基座的第二端，且所述第一驱动装置与所述第一连接件连接，用于驱动所述第一连接件的转动。

3.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第一连接件包括第一连接叉臂结构和第二连接叉臂结构，分别位于所述第一连接件的两端，所述第一连接叉臂结构与所述第一关节连接，所述第二连接叉臂结构与所述第二关节连接，且所述第一连接叉臂结构的轴线与所述第二连接叉臂结构的轴线相互垂直，使得所述第一关节的轴线与所述第二关节的轴线相互垂直。

4.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第二关节包括：第二驱动装置，用于驱动所述第二连接件的转动，

所述第二连接件还包括：第一手臂杆和第一手臂叉杆，所述第一手臂杆的第一端连接所述第二关节，所述第一手臂杆的第二端连接所述第一手臂叉杆，且所述第一手臂叉杆与所述第三关节连接，所述第一手臂叉杆的轴线与所述第二关节的轴线平行，使得所述第三关节的轴线与所述第二关节的轴线平行。

5.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第三关节与所述第二连接件连接，所述第三关节包括第三驱动装置，用于驱动所述第三连接件的转动，所述第四关节与所述第四连接件连接，所述第四关节包括第四驱动装置，用于驱动所述第四连接件的转动，所述第三关节的轴线与所述第四关节的轴线相互垂直。

6.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第四连接件包括第二手臂叉杆、第二手臂杆和第三手臂叉杆，所述第二手臂叉杆与所述第三手臂叉杆分别位于所述第二手臂杆的两端，所述第二手臂叉杆与所述第四关节连接，所述第三手臂叉杆与所述第五关节连接，所述第二手臂叉杆与所述第三手臂叉杆的轴线相互垂直，使得所述第四关节的轴线与所述第五关节的轴线相互垂直。

7.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第五关节与所述第四连接件连接，所述第五关节包括第五驱动装置，用于驱动所述第五连接件的转动，所述第六关节与所述第六连接件连接，所述第六关节包括第六驱动装置，用于驱动所述第六连接件的转动，所述第五关节的轴线与所述第六关节的轴线相互垂直。

8.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第七关节包括第七驱动装置，用于驱动所述第七连接件的旋转，所述第六连接件还包括：第四叉臂结构，所述第四叉臂结构的第一端与所述第七关节连接，第二端与所述第六关节连接。

9.根据权利要求1所述的七自由度喷涂机器人，其特征在于，所述第七连接件包括第三手臂杆和喷枪连接板，所述第三手臂杆的第一端与所述第七关节连接，所述第三手臂杆的第二端与所述喷枪连接板连接，所述喷枪连接板用于安装所述喷枪。

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