CN111185329B

CN111185329B - 一种汽车制造用车身喷涂机器人

Info

Publication number: CN111185329B
Application number: CN201911390060.8A
Authority: CN
Inventors: 刘玮; 厉冯鹏; 万益东; 经成; 林鑫焱
Original assignee: Yancheng Yanhai New Energy Automobile Technology Co ltd
Current assignee: Zibo Newstart Robot System Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111185329A

Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，且公开了一种汽车制造用车身喷涂机器人，包括龙门架、滑行装置、车身和二自由度机械臂，所述滑行装置位于龙门架正中间的底部，所述车身固定安装在滑行装置的上表面，所述龙门架的顶部固定安装安装有顶部喷涂装置，所述龙门架内环的两侧底部壁上分别固定安装有侧身喷涂装置。通过顶部喷涂装置、侧身喷涂装置的设置，使得对通过龙门架中间的车身的外侧进行全面的喷涂，将串联机器人与并联机器人的优点进行有机结合，使得喷涂机器人即能够具有串联机器人较大工作空间的优点，又具有并联机器人刚度高，承载能力强的优点，提高了喷涂机器人的整体性能，延长喷涂机器人的使用年限，增加喷涂机器人的维护周期。

Description

一种汽车制造用车身喷涂机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种汽车制造用车身喷涂机器人。

背景技术

现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整以及生产量的大幅度提高，国内外已经大量使用喷涂机器人来代替人工，手工喷涂对人体有害，劳动强度大，而且较难保证喷涂均匀，而且应用喷涂机器人有助于实现全自动化，不仅使工人远离有毒、有害物质，而且涂层均匀，质量有保证，效率高，涂料不浪费，还能够通过重复规定的简单动作，大大提高喷涂效率，目前，喷涂机器人绝大多数都是拥有3-6个自由度的串联机器人（如附图8），通过模拟人体手臂进行多方向多角度运动，可夹持旋杯静电喷枪后，利用静电场（此为现有公知技术，在此不多做赘述）将油漆喷涂到车身上，但串联机器人在使用过程中存在一些不足，如下：

串联机器人的机械手臂刚度小，承载能力弱，末端件惯性较大，并且当安装旋杯静电喷枪对车身进行喷涂时，其运行轨迹控制较为麻烦，并且喷涂时容易重复喷涂或者漏喷，导致喷涂质量下降，相对串联机器人来说，并联机器人具有结构简单紧凑、易于实现加工模块化，运动部件质量小，易于实现高速运动，机构动力学性能好、易于实现反馈控制，无积累误差、运动精度高的优点，这是串联机器人无法具备的。

同样，串联机器人具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，为此根据两者的优点，可设计一种汽车制造用车身喷涂机器人。

发明内容

本发明提供了一种汽车制造用车身喷涂机器人，具备刚度大，承载能力强，精度高，末端惯性较小的优点，解决了串联机器人刚度小，承载能力弱，末端件惯性较大，并联机器人的结构复杂，运动空间不足的问题。

本发明提供如下技术方案：一种汽车制造用车身喷涂机器人，包括龙门架、滑行装置、车身和二自由度机械臂，所述滑行装置位于龙门架正中间的底部，所述车身固定安装在滑行装置的上表面，所述龙门架的顶部固定安装安装有顶部喷涂装置，所述龙门架内环的两侧底部壁上分别固定安装有侧身喷涂装置，所述龙门架内环的两侧中部且位于侧身喷涂装置的上方固定安装有内部喷涂装置，所述二自由度机械臂的前端固定连接有旋杯静电喷枪。

优选的，所述顶部喷涂装置包括升降直线电机，所述升降直线电机固定安装在龙门架上，所述升降直线电机中活动安装有连杆，所述升降直线电机和连杆共有三组且均匀排布，所述位于两侧的连杆的底端分别活动套接有平行直线电机，所述位于中部的连杆的底端活动连接有连接板，两个所述平行直线电机通过连接板活动连接，所述平行直线电机和连接板的底面固定安装有均匀分布的五个二自由度机械臂。

优选的，两个所述平行直线电机与顶部喷涂装置平行时长度之和大于车身的宽度，所述平行直线电机底部的二自由度机械臂固定安装在平行直线电机的动子上。

优选的，所述侧身喷涂装置包括旋转伺服电机一，所述旋转伺服电机一固定安装在龙门架的内侧，所述旋转伺服电机一上固定套接有三自由度连接架，所述三自由度连接架有两个，且三自由度连接架的前端固定安装有固定板，所述固定板靠近车身的一侧均匀固定安装有两个二自由度机械臂。

优选的，所述固定板远离车身的一侧顶部与底部分别固定连接有支撑杆，所述支撑杆从龙门架中穿过，且与龙门架活动套接。

优选的，所述内部喷涂装置包括连接轴，所述连接轴活动套接在龙门架的内侧，所述连接轴的中部固定套接有旋转伺服电机二，所述旋转伺服电机二与龙门架固定连接，所述连接轴上且位于旋转伺服电机二的上方和下方分别固定套接有二自由度连接架，所述二自由度连接架的前端固定套接有旋转伺服电机三，所述旋转伺服电机三左端的外表面固定连接有旋转伺服电机四，所述旋转伺服电机四中固定套接有伸长轴，所述伸长轴的前端固定安装有二自由度机械臂。

优选的，所述伸长轴包括轴体，所述轴体的内部开设有活塞腔，所述活塞腔中活动套接有活塞杆，所述活塞杆的前端与二自由度机械臂固定连接，所述伸长轴上固定套接有遮蔽折叠布，所述遮蔽折叠布的一端与二自由度机械臂固定连接，所述遮蔽折叠布的另一端与轴体的外壁固定套接。

本发明具备以下有益效果：

1、通过顶部喷涂装置、侧身喷涂装置的设置，使得对通过龙门架中间的车身的外侧进行全面的喷涂，将串联机器人与并联机器人的优点进行有机结合，使得喷涂机器人即能够具有串联机器人较大工作空间的优点，又具有并联机器人刚度高，承载能力强的优点，提高了喷涂机器人的整体性能，延长喷涂机器人的使用年限，增加喷涂机器人的维护周期。

2、通过内部喷涂装置的设置，使得旋杯静电喷枪直接进入车身的内部，实现对车身的内壁进行全面的喷涂，防止喷涂过程中出现漏喷以及喷涂量不足，进而提高车身喷涂的质量。

3、旋杯静电喷枪在顶部喷涂装置和侧身喷涂装置上均设有多个，进行统一管控，可对车身喷涂实现无死角覆盖，提高喷涂的质量，同时可加快喷涂的速度，提高车身喷涂的产量。

4、顶部喷涂装置、侧身喷涂装置和内部喷涂装置均为对称分布，且结构简单，易于生产制造，同时对三者控制也较为简单，降低了控制难度。

附图说明

图1为本发明结构正视示意图；

图2为本发明结构顶部喷涂装置正视示意图；

图3为本发明结构顶部喷涂装置侧视示意图；

图4为本发明结构示意图；

图5为本发明结构侧身喷涂装置正视示意图；

图6为本发明结构侧身喷涂装置俯视示意图；

图7为本发明结构内部喷涂装置正视示意图；

图8为现有串联机器人示意图。

图中：1、龙门架；2、滑行装置；3、车身；4、顶部喷涂装置；41、升降直线电机；42、连杆；43、平行直线电机；44、连接板；5、侧身喷涂装置；51、旋转伺服电机一；52、三自由度连接架；53、固定板；54、支撑杆；6、内部喷涂装置；61、连接轴；62、旋转伺服电机二；63、二自由度连接架；64、旋转伺服电机三；65、旋转伺服电机四；66、伸长轴；661、轴体；662、活塞杆；663、遮蔽折叠布；7、二自由度机械臂；8、旋杯静电喷枪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，一种汽车制造用车身喷涂机器人，包括龙门架1、滑行装置2、车身3和二自由度机械臂7，滑行装置2位于龙门架1正中间的底部，车身3固定安装在滑行装置2的上表面，龙门架1的顶部固定安装安装有顶部喷涂装置4，龙门架1内环的两侧底部壁上分别固定安装有侧身喷涂装置5，龙门架1内环的两侧中部且位于侧身喷涂装置5的上方固定安装有内部喷涂装置6，二自由度机械臂7的前端固定连接有旋杯静电喷枪8。

其中，顶部喷涂装置4包括升降直线电机41，升降直线电机41固定安装在龙门架1上，升降直线电机41中活动安装有连杆42，升降直线电机41和连杆42共有三组且均匀排布，位于两侧的连杆42的底端分别活动套接有平行直线电机43，位于中部的连杆42的底端活动连接有连接板44，两个平行直线电机43通过连接板44活动连接，平行直线电机43和连接板44的底面固定安装有均匀分布的五个二自由度机械臂7，通过对三个连杆42的升降，进而调整平行直线电机43与连接板44之间的角度与旋杯静电喷枪8的高度，使得对车身3进行喷涂时，从车身3的前端到后端，保证旋杯静电喷枪8与车身之间的距离为喷涂效果较佳的高度，进而提高喷涂质量，同时通过连杆42与平行直线电机43的并联驱动和二自由度机械臂7的串联驱动，有效降低控制难度，增加承载能力，实现高速驱动，提高喷涂速率。

其中，两个平行直线电机43与顶部喷涂装置4平行时长度之和大于车身3的宽度，平行直线电机43底部的二自由度机械臂7固定安装在平行直线电机43的动子上，可调整平行直线电机43底部的二自由度机械臂7，使得二自由度机械臂7之间的间距小于旋杯静电喷枪8中油漆喷出的范围直径此为现有公知技术，在此不多做赘述，想成交叉喷涂，同时可调整位于平行直线电机43外侧二自由度机械臂7的角度，使旋杯静电喷枪8与车身3顶部折角处垂直，使得对车身3顶部进行全面快速喷涂，减少喷涂死角。

其中，侧身喷涂装置5包括旋转伺服电机一51，旋转伺服电机一51固定安装在龙门架1的内侧，旋转伺服电机一51上固定套接有三自由度连接架52，三自由度连接架52有两个，且三自由度连接架52的前端固定安装有固定板53，固定板53靠近车身3的一侧均匀固定安装有两个二自由度机械臂7，通过驱动三自由度连接架52，可使得两个三自由度连接架52的关节向中部，进而推动固定板53向车身3的侧身靠近，调整旋杯静电喷枪8与车身3的距离，实现对车身3的侧身进行全面喷涂。

其中，固定板53远离车身3的一侧顶部与底部分别固定连接有支撑杆54，支撑杆54从龙门架1中穿过，且与龙门架1活动套接，对固定板53的行进方向进行限定，防止其偏离，导致喷涂质量下降，同时给与固定板53一定的支撑，提升固定板53的承载力。

其中，内部喷涂装置6包括连接轴61，连接轴61活动套接在龙门架1的内侧，连接轴61的中部固定套接有旋转伺服电机二62，旋转伺服电机二62与龙门架1固定连接，连接轴61上且位于旋转伺服电机二62的上方和下方分别固定套接有二自由度连接架63，二自由度连接架63的前端固定套接有旋转伺服电机三64，旋转伺服电机三64左端的外表面固定连接有旋转伺服电机四65，旋转伺服电机四65中固定套接有伸长轴66，伸长轴66的前端固定安装有二自由度机械臂7，通过二自由度连接架63的摆动，将旋杯静电喷枪8从车身3的车窗送入车身3的内部进行喷涂，增加喷涂的全面性，同时旋转伺服电机三64可保证进入车身3内部的机械臂与车身3保持垂直状态，防止与车身3发生碰撞，导致机器人损坏。

其中，伸长轴66包括轴体661，轴体661的内部开设有活塞腔，活塞腔中活动套接有活塞杆662，活塞杆662的前端与二自由度机械臂7固定连接，向轴体661中注入液压油，可推动活塞杆662向外移动，增加伸长轴66的长度，使得内部喷涂装置6具备六个自由度，增加了内部喷涂装置6的喷涂范围，伸长轴66上固定套接有遮蔽折叠布663，遮蔽折叠布663的一端与二自由度机械臂7固定连接，遮蔽折叠布663的另一端与轴体661的外壁固定套接，当活塞杆662伸出时，可对活塞杆662进行覆盖，防止油漆的侵入导致活塞杆662腐蚀，和增加轴体661与活塞杆662之间的摩擦。

工作原理，车身3跟滑行装置2缓慢通过龙门架1，对于车顶进行喷涂时，通过升降直线电机41使连杆42下降高度，进而控制平行直线电机43与连接板44下降，使旋杯静电喷枪8首先接近车身3的车前盖，对其进行喷涂，而后向上升起，对车顶进行喷涂，最后持续下降，并调整平行直线电机43与连接板44底部中部三个二自由度机械臂7的角度，对车身3的后盖进行喷涂，喷涂过程中，同时可调整位于平行直线电机43外侧二自由度机械臂7的角度，使旋杯静电喷枪8与车身3顶部折角处垂直，使得对车身3顶部进行全面快速喷涂，减少喷涂死角，对车身3侧身进行喷涂时，驱动三自由度连接架52，可使得两个三自由度连接架52的关节向中部，进而推动固定板53向车身3的侧身靠近，调整旋杯静电喷枪8与车身3的距离，同时调节二自由度机械臂7的角度，对车身3的侧身进行喷涂，对车身3内部进行喷涂时，进入车身3的内部前，调整车身3的转动角度，可对内部喷涂装置6所在高度的车架进行喷涂，而后通过二自由度连接架63的摆动，将旋杯静电喷枪8从车身3的车窗斜向送入车身3的内部，通过旋转伺服电机三64的调节，使得进入车身3的机械臂可与车身3保持垂直，不会跟随二自由度连接架63的摆动而转动，而后通过旋转伺服电机三64的转动以及二自由度机械臂7的转动，对车身3的内部进行全方位喷涂，并且伸长轴66可伸长，增加喷涂范围。

需要说明的是，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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种汽车制造用车身喷涂机器人，包括龙门架（1）、滑行装置（2）、车身（3）和二自由度机械臂（7），所述滑行装置（2）位于龙门架（1）正中间的底部，所述车身（3）固定安装在滑行装置（2）的上表面，其特征在于：所述龙门架（1）的顶部固定安装安装有顶部喷涂装置（4），所述龙门架（1）内环的两侧底部壁上分别固定安装有侧身喷涂装置（5），所述龙门架（1）内环的两侧中部且位于侧身喷涂装置（5）的上方固定安装有内部喷涂装置（6），所述二自由度机械臂（7）的前端固定连接有旋杯静电喷枪（8）；

所述顶部喷涂装置（4）包括升降直线电机（41），所述升降直线电机（41）固定安装在龙门架（1）上，所述升降直线电机（41）中活动安装有连杆（42），所述升降直线电机（41）和连杆（42）共有三组且均匀排布，所述位于两侧的连杆（42）的底端分别活动套接有平行直线电机（43），所述位于中部的连杆（42）的底端活动连接有连接板（44），两个所述平行直线电机（43）通过连接板（44）传动连接，所述平行直线电机（43）和连接板（44）的底面固定安装有均匀分布的五个二自由度机械臂（7）；

两个所述平行直线电机（43）与顶部喷涂装置（4）平行时长度之和大于车身（3）的宽度，所述平行直线电机（43）底部的二自由度机械臂（7）固定安装在平行直线电机（43）的动子上；

所述内部喷涂装置（6）包括连接轴（61），所述连接轴（61）活动套接在龙门架（1）的内侧，所述连接轴（61）的中部固定套接有旋转伺服电机二（62），所述旋转伺服电机二（62）与龙门架（1）固定连接，所述连接轴（61）上且位于旋转伺服电机二（62）的上方和下方分别固定套接有二自由度连接架（63），所述二自由度连接架（63）的前端固定套接有旋转伺服电机三（64），所述旋转伺服电机三（64）左端的外表面固定连接有旋转伺服电机四（65），所述旋转伺服电机四（65）中固定套接有伸长轴（66），所述伸长轴（66）的前端固定安装有二自由度机械臂（7）；

所述伸长轴（66）包括轴体（661），所述轴体（661）的内部开设有活塞腔，所述活塞腔中活动套接有活塞杆（662），所述活塞杆（662）的前端与二自由度机械臂（7）固定连接，所述伸长轴（66）上固定套接有遮蔽折叠布（663），所述遮蔽折叠布（663）的一端与二自由度机械臂（7）固定连接，所述遮蔽折叠布（663）的另一端与轴体（661）的外壁固定套接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车制造用车身喷涂机器人，其特征在于：所述侧身喷涂装置（5）包括旋转伺服电机一（51），所述旋转伺服电机一（51）固定安装在龙门架（1）的内侧，所述旋转伺服电机一（51）上固定套接有三自由度连接架（52），所述三自由度连接架（52）有两个，且三自由度连接架（52）的前端固定安装有固定板（53），所述固定板（53）靠近车身（3）的一侧均匀固定安装有两个二自由度机械臂（7）。

3.根据权利要求2所述的一种汽车制造用车身喷涂机器人，其特征在于：所述固定板（53）远离车身（3）的一侧顶部与底部分别固定连接有支撑杆（54），所述支撑杆（54）从龙门架（1）中穿过，且与龙门架（1）活动套接。