CN110549315B - 一种迷宫式防水型洁净机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种迷宫式防水型洁净机器人，旋转筒转动安装在底座上，大臂一端与旋转筒连接，另一端安装有关节驱动装置，关节连接筒一端可相对转动地插设于大臂另一端，并与关节驱动装置相连，关节连接筒另一端插接于小臂一端的内部；大臂随旋转筒旋转，关节连接筒及小臂具有随大臂旋转的自由度，还具有自转自由度；大臂供气管道螺旋缠绕在关节连接筒上，一端与旋转筒内部相连通，另一端插入关节连接筒内，并与设置于关节连接筒内的分流盘相连通，小臂供气管道为多根，一端连接于分流盘；大臂的另一端与小臂的一端之间设有迷宫结构，形成多个环形的气腔体。本发明防水效果好，洁净无尘，提升了机器人动态性能。
Description
技术领域
本发明涉及洁净、平板显示、集成电路行业的机器人，具体地说是一种迷宫式防水型洁净机器人。
背景技术
平板显示(Flat Panel display，FPD)是继集成电路(IC)之后发展起来的又一大型产业。玻璃基板是FPD产业的关键基础材料之一，FPD产业的制造过程要求高度自动化、无人化。因此，搬运机器人被引入到FPD产业中，实现玻璃基板的平稳搬运和精确定位。
玻璃基板搬运机器人有很多工位需要机器人防水，防护等级IP54(“5”代表完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘侵入，但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作；“4”代表防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏。)对于机器人飞溅过来的水含有工艺的各种腐蚀化学试剂。常规的技术是防水环，但是特殊的行业，需要特殊的结构。防水的同时还需保证洁净(无尘)。有水和无水的区域，干燥后会产尘；机器人关节用常规接触密封会摩擦产尘；机器人关节用常规接触密封会产生随机的关节阻力，进而影响机器人动态使用性能。
发明内容
为了满足机器人防水、洁净(无尘)的要求，本发明的目的在于提供一种迷宫式防水型洁净机器人。该迷宫式防水型洁净机器人的机器人关节能对外部含有飞溅腐蚀性液体的环境进行物理隔离，满足机器人基本功能的同时，达到机器人的防水、洁净(无尘)和提升机器人动态性能的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括底座、旋转筒、大臂、小臂、关节连接筒、关节驱动装置、内部供气子系统及迷宫结构，其中旋转筒转动安装在底座上，所述大臂的一端与该旋转筒连接，另一端安装有所述关节驱动装置，所述关节连接筒的一端可相对转动地插设于大臂的另一端，并与所述关节驱动装置相连，该关节连接筒的另一端插接于所述小臂一端的内部，该小臂的另一端为自由端；所述大臂随旋转筒旋转，所述关节连接筒及小臂具有随大臂旋转的自由度，还通过关节驱动装置的驱动具有自转自由度；所述内部供气子系统包括大臂供气管道、分流盘及小臂供气管道，该大臂供气管道螺旋缠绕在关节连接筒上，一端与所述旋转筒内部相连通、在旋转筒获得高压洁净气体，所述大臂供气管道的另一端插入关节连接筒内，并与设置于关节连接筒内的所述分流盘相连通，所述小臂供气管道为多根，每根小臂供气管道的一端均连接于所述分流盘；所述大臂另一端与小臂一端之间的与机器人外部空间连通的环形接口处设有迷宫结构，该迷宫结构包括连接于小臂上的迷宫上件及连接于大臂上的迷宫下件，所述迷宫上件与迷宫下件在该环形接口处围成气体由内向外流动的气腔体，该气腔体内侧的进气口与各所述小臂供气管道的另一端连通，外侧的出气口与所述机器人外部空间连通；高压洁净气体通过所述大臂供气管道输送至分流盘中，并通过该分流盘经各小臂供气管道输送至所述气腔体，机器人外部空间飞溅的腐蚀性液滴通过该气腔体中的高压洁净气体被阻止渗透进入机器人内部空间；
所述迷宫上件包括环体A及挡环A，该环体A上表面连接于所述小臂，下表面沿径向设有多个挡环A；所述迷宫下件包括环体B及挡环B，该环体B下表面与所述大臂连接，上表面沿径向设有多个挡环B；所述挡环A与挡环B交替插设，在相邻的挡环A与挡环B之间、挡环A下端端部与环体B上表面之间以及挡环B上端端部与环体A下表面之间均留有供气体流动的间隙；所述环体A、挡环A、环体B及挡环B围成至少一个气腔体；
所述挡环A与挡环B均由下至上向外倾斜设置，相邻两挡环B之间插设一挡环A，相邻两挡环A之间插设一挡环B，即所述气腔体的轴向截面呈平行四边形；任意一个所述挡环A与内侧的挡环B之间的间距小于与外侧的挡环B之间的间距；
所述挡环A与挡环B相平行，每个挡环A与内侧的挡环B之间的间距均相等；
所述大臂为内部中空结构，包括彼此相连的大臂上壳及大臂下壳，该大臂下壳的一端与所述旋转筒相连，所述关节驱动装置安装于大臂下壳的另一端；
所述小臂为内部中空结构，包括彼此相连的小臂上壳及小臂下壳，所述关节连接筒的另一端由小臂下壳穿入，并与所述小臂上壳相连；
所述关节驱动装置包括驱动电机及减速机，该驱动电机安装于大臂的另一端、位于大臂外部，所述减速机安装于大臂的另一端、位于大臂内部，所述驱动电机的电机轴与减速机的输入端相连，该减速机的输出端与所述关节连接筒的一端连接。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用非接触防水，关节动态性能好，节能减排；在防水的同时，采用非接触气流控制，能满足洁净应用。
2.本发明在大臂与小臂之间的环形连接口处设置了迷宫结构，形成了多个环形气腔体，每个气腔体均通有高压洁净气流，且内部压力高于机器人外部空间；迷宫上、下件在内部到外部的高压气流的影响下，将会在气腔体中较宽的地方形成环形气流，类似龙卷风形态，达到洁净的目的；将会在气腔体中较狭窄的地方形成环形湍流，类似瀑布气场形态，达到防水的目的。
3.本发明结构可复制性强，可应用多关节形式，技术门槛较低。
附图说明
图1为本发明的内部结构剖视图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为图1中的A处局部放大图；
其中：1为轴线A，2为底座，3为旋转筒，4为大臂下壳，5为大臂上壳，6为轴线B，7为驱动电机，8为减速机，9为大臂内腔空间，10为关节连接筒，11为小臂内腔空间，12为机器人外部空间，13为小臂下壳，14为小壁上壳，15为小臂供气管道，16为分流盘，17为大臂供气管道，18为迷宫上件，19为迷宫下件，20为环体A，21为挡环A，22为环体B，23为挡环B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明包括底座2、旋转筒3、大臂、小臂、关节连接筒10、关节驱动装置、内部供气子系统及迷宫结构，其中底座固定静止，旋转筒3转动安装在底座2上，可相对底座2绕轴线A1旋转。大臂的一端与旋转筒3连接，另一端安装有关节驱动装置，关节连接筒10的一端可相对转动地插设于大臂的另一端，并与关节驱动装置相连，关节连接筒10的另一端插接于小臂一端的内部，小臂的另一端为自由端。大臂随旋转筒3旋转，关节连接筒10及小臂具有随大臂旋转的自由度，还通过关节驱动装置的驱动具有自转自由度。
大臂为内部中空结构，包括彼此相连的大臂上壳5及大臂下壳4，大臂下壳4的一端与旋转筒3相连，关节驱动装置安装于大臂下壳4的另一端。小臂为内部中空结构，包括彼此相连的小臂上壳14及小臂下壳13，关节连接筒10的另一端由小臂下壳13穿入，并与小臂上壳14相连。关节驱动装置包括驱动电机7及减速机8，驱动电机7的法兰安装于大臂下壳4的另一端、位于大臂外部，减速机8安装于大臂下壳4的另一端、位于大臂内部，驱动电机7的电机轴与减速机8的输入端相连，减速机8的输出端与关节连接筒10的一端连接。驱动电机7驱动减速机8，让小臂上壳14相对大臂下壳4绕轴线B6转动。大臂下壳4、大臂上壳5、驱动电机7、减速机8及关节连接筒10的下部组成半封闭的大臂内腔空间9。小臂下壳13、小臂上壳14及关节连接筒10的上部组成半封闭的小臂内腔空间11。小臂内腔空间11和大臂内腔空间9两个半封闭结构共享与机器人外部空间12连通的环形连接口，环形连接口即大臂上壳5另一端与小臂下壳13一端之间绕轴线B6、与机器人外部空间12连通的环形连接口。
如图1～3所示，大臂另一端与小臂一端之间的与机器人外部空间12连通的环形接口处设有迷宫结构，该迷宫结构包括连接于小臂上的迷宫上件18及连接于大臂上的迷宫下件19，迷宫上件与迷宫下件在该环形接口处围成气体由内向外流动的气腔体，该气腔体内侧的进气口与各小臂供气管道15的另一端连通，外侧的出气口与机器人外部空间12连通。
迷宫上件18包括环体A20及挡环A21，环体A20的上表面连接于小臂下壳13的一端，下表面沿径向设有多个挡环A21。迷宫下件19包括环体B22及挡环B23，该环体B22与环体A20形状相同，均为圆环状；环体B22下表面与大臂上壳5的另一端连接，上表面沿径向设有多个挡环B23。挡环A21与挡环B23交替插设，即相邻两挡环B23之间插设一挡环A21，相邻两挡环A21之间插设一挡环B23，挡环A21与挡环B23相互平行。挡环A21与挡环B23均由下至上向外倾斜设置，环体A20、挡环A21、环体B22及挡环B23围成至少一个气腔体，气腔体的轴向截面呈平行四边形。在相邻的挡环A21与挡环B23之间、挡环A21下端端部与环体B22上表面之间以及挡环B23上端端部与环体A20下表面之间均留有供气体流动的间隙。任意一个挡环A21与内侧的挡环B23之间的间距小于与外侧的挡环B23之间的间距。每个挡环A21与内侧的挡环B23之间的间距均相等。本实施例的环体A20下表面设置了两个挡环A21，环体B22的上表面设置了三个挡环B23，每个挡环A21均插设于相邻的两个挡环B23之间；两个挡环A21与三个挡环B23及环体A20、环体B22围成了两个呈环形的气腔体，每个气腔体的轴向截面均为平行四边形。
内部供气子系统包括大臂供气管道17、分流盘16及小臂供气管道15，大臂供气管道17柔性螺旋缠绕在关节连接筒10的外表面上，一端与旋转筒3内部相连通、在旋转筒3获得高压(4.5～5.5bar)洁净气体(经过除水、除油、除尘的10级洁净度的压缩空气)，大臂供气管道17的另一端插入关节连接筒10内部，并与设置于关节连接筒10内的分流盘16的下端相连通。大臂供气管道17可以柔性补偿大臂和小臂绕轴线B6所产生的角度位置差。小臂供气管道15为多根，每根小臂供气管道15的一端均插入关节连接筒10内、并分别连接于分流盘16的上端，每根小臂供气管道15连接获得分到定值流量的气流；各小臂供气管道15的另一端分别连接至小臂下壳13，并将分配的气流透过小臂下壳13输送至机器人外部空间12。每根小臂供气管道15的另一端均由迷宫结构内侧的小臂下壳13穿出，与迷宫结构内侧空间相连通。
本发明的旋转筒3为中空结构，用于大臂和小臂之间连接柔性线缆。旋转筒3与半封闭的大臂内腔空间9之间至少含有一个孔洞，用于大臂和小臂之间连接柔性的线缆。旋转筒3与半封闭的小臂内腔空间11之间至少含有一个孔洞，用于大臂和小臂之间连接柔性线缆。柔性线缆不只含有气管，也可含有动力或码盘电气线缆。
本发明的迷宫上件18和迷宫下件19可由3D打印技术所制造。
本发明相互接触件之间存在静密封，密封形式可以断面密封胶、胶垫、焊接等任意工程形式。
本发明的工作原理为：
高压洁净气体通过大臂供气管道17输送至分流盘16中，并通过该分流盘16经各小臂供气管道15均匀输送至迷宫结构内侧空间，再进入气腔体，每个气腔体的内部压力均高于机器人外部空间12，防止机器人外部空间12飞溅的腐蚀性液滴由大臂和小臂之间渗透进入小臂内腔空间11和大臂内腔空间9。迷宫上件18和迷宫下件19在内部到外部的高压气流的影响下，将会在环形连接口处的、轴向截面呈平行四边形的环形气腔体中较宽的地方形成环形气流，类似龙卷风形态，达到洁净的目的。迷宫上件18和迷宫下件19在内部到外部的高压气流的影响下，将会在环形连接口处的、轴向截面呈平行四边形的环形气腔体中较狭窄的地方形成环形湍流，类似瀑布气场形态，达到防水的目的。
本发明的大臂相对底座2可随旋转筒3绕轴线A1旋转，由于机器人外部空间12飞溅的腐蚀性液滴惯性力和粘附力，若没有气流控制会产生逆重力爬升，进而进入到大臂内腔空间。本发明的大臂上壳5另一端具有由迷宫结构形成的多个环形气腔体。气腔体内通有高压洁净气体。高压洁净气体用于防止机器人外部空间12飞溅的腐蚀性液滴渗透进入大臂内腔空间9。高压洁净气体用于防止腐蚀性液滴通过环形入口反重力爬升。
本发明的小臂下壳13的一端具有由迷宫结构形成的多个环形气腔体，气腔体内通有高压洁净气体。高压洁净气体用于防止机器人外部空间12飞溅的腐蚀性液滴渗透进入小臂内腔空间11。高压洁净气体用于防止腐蚀性液滴通过环形入口反重力爬升。
因此，机器人外部空间12飞溅的腐蚀性液滴能任意方向射向本发明的防水型洁净机器人的外表面，而不会渗透进入机器人内部。
本发明让机器人关节内部与外部含有飞溅腐蚀性液体的环境进行物理隔离，满足机器人基本功能的同时，达到机器人的关节防水、洁净(无尘)和提升机器人动态性能的目的。
Claims (7)
1.一种迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：包括底座(2)、旋转筒(3)、大臂、小臂、关节连接筒(10)、关节驱动装置、内部供气子系统及迷宫结构，其中旋转筒(3)转动安装在底座(2)上，所述大臂的一端与该旋转筒(3)连接，另一端安装有所述关节驱动装置，所述关节连接筒(10)的一端可相对转动地插设于大臂的另一端，并与所述关节驱动装置相连，该关节连接筒(10)的另一端插接于所述小臂一端的内部，该小臂的另一端为自由端；所述大臂随旋转筒(3)旋转，所述关节连接筒(10)及小臂具有随大臂旋转的自由度，还通过关节驱动装置的驱动具有自转自由度；所述内部供气子系统包括大臂供气管道(17)、分流盘(16)及小臂供气管道(15)，该大臂供气管道(17)螺旋缠绕在关节连接筒(10)上，一端与所述旋转筒(3)内部相连通、在旋转筒(3)获得高压洁净气体，所述大臂供气管道(17)的另一端插入关节连接筒(10)内，并与设置于关节连接筒(10)内的所述分流盘(16)相连通，所述小臂供气管道(15)为多根，每根小臂供气管道(15)的一端均连接于所述分流盘(16)；所述大臂另一端与小臂一端之间的与机器人外部空间(12)连通的环形接口处设有迷宫结构，该迷宫结构包括连接于小臂上的迷宫上件(18)及连接于大臂上的迷宫下件(19)，所述迷宫上件与迷宫下件在该环形接口处围成气体由内向外流动的气腔体，该气腔体内侧的进气口与各所述小臂供气管道(15)的另一端连通，外侧的出气口与所述机器人外部空间(12)连通；高压洁净气体通过所述大臂供气管道(17)输送至分流盘(16)中，并通过该分流盘(16)经各小臂供气管道(15)输送至所述气腔体，机器人外部空间(12)飞溅的腐蚀性液滴通过该气腔体中的高压洁净气体被阻止渗透进入机器人内部空间。
2.根据权利要求1所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述迷宫上件(18)包括环体A(20)及挡环A(21)，该环体A(20)上表面连接于所述小臂，下表面沿径向设有多个挡环A(21)；所述迷宫下件(19)包括环体B(22)及挡环B(23)，该环体B(22)下表面与所述大臂连接，上表面沿径向设有多个挡环B(23)；所述挡环A(21)与挡环B(23)交替插设，在相邻的挡环A(21)与挡环B(23)之间、挡环A(21)下端端部与环体B(22)上表面之间以及挡环B(23)上端端部与环体A(20)下表面之间均留有供气体流动的间隙；所述环体A(20)、挡环A(21)、环体B(22)及挡环B(23)围成至少一个气腔体。
3.根据权利要求2所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述挡环A(21)与挡环B(23)均由下至上向外倾斜设置，相邻两挡环B(23)之间插设一挡环A(21)，相邻两挡环A(21)之间插设一挡环B(23)，即所述气腔体的轴向截面呈平行四边形；任意一个所述挡环A(21)与内侧的挡环B(23)之间的间距小于与外侧的挡环B(23)之间的间距。
4.根据权利要求2所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述挡环A(21)与挡环B(23)相平行，每个挡环A(21)与内侧的挡环B(23)之间的间距均相等。
5.根据权利要求1所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述大臂为内部中空结构，包括彼此相连的大臂上壳(5)及大臂下壳(4)，该大臂下壳(4)的一端与所述旋转筒(3)相连，所述关节驱动装置安装于大臂下壳(4)的另一端。
6.根据权利要求1所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述小臂为内部中空结构，包括彼此相连的小臂上壳(14)及小臂下壳(13)，所述关节连接筒(10)的另一端由小臂下壳(13)穿入，并与所述小臂上壳(14)相连。
7.根据权利要求1所述的迷宫式防水型洁净机器人，其特征在于：所述关节驱动装置包括驱动电机(7)及减速机(8)，该驱动电机(7)安装于大臂的另一端、位于大臂外部，所述减速机(8)安装于大臂的另一端、位于大臂内部，所述驱动电机(7)的电机轴与减速机(8)的输入端相连，该减速机(8)的输出端与所述关节连接筒(10)的一端连接。
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