CN111420828A - 轨道式喷涂机器人 - Google Patents

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Abstract

一种轨道式喷涂机器人,包括:轨道车、回转折叠机械臂和滑轨装置,其中:轨道车设置于滑轨装置上并与滑轨装置活动连接,回转折叠机械臂活动设置于轨道车一端。轨道车包括:配重块、车架和行走机构。回转折叠机械臂包括:依次活动连接的回转臂、折叠臂、五轴机械臂和喷枪。滑轨装置包括:轨道、永磁吸盘、吸盘扳手和固定夹板,其中:轨道设置于固定夹板上,永磁吸盘设置于固定夹板两侧,吸盘扳手设置于永磁吸盘下。本发明通过回转折叠机械臂、轨道车和滑轨装置的组合,使得喷涂机器人结构更加紧凑、细长,从而可以通过小尺寸人孔,进入船舶分段内舱,完成分段大空间内舱的舱壁喷涂作业。

Description

轨道式喷涂机器人
技术领域
本发明涉及的是一种船舶智能制造领域的技术,具体是一种用于船厂分段车间,对船舶分段构件内舱进行自动化快速喷砂与喷漆作业的轨道式喷涂机器人。
背景技术
因船舶产品具有非标准化和定制化特点,特别是船舶分段喷涂受船舶的结构形式复杂多样、作业条件要求严格等因素制约,给船企在自动喷涂机器人的应用上带来了一定困难。喷涂机器人可以有效提高喷涂效率,提高喷涂质量,避免了人体与有毒有害物质的接触。
由于船舶分段内舱上开设的人孔大小有限,而内舱的长宽高远大于人孔的尺寸。喷涂范围可以覆盖分段内舱的全自动或半自动喷涂机器人,由于机体过大,一般无法通过人孔进入分段内舱;可以通过人孔的喷涂机器人由于喷涂范围有限,只能对内舱做小范围喷涂。目前内舱喷涂还是依靠工人钻入人孔后,手工完成内舱喷涂,容易导致生产事故与职业病的发生。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出一种轨道式喷涂机器人,通过回转折叠机械臂、轨道车和滑轨装置的组合,使得喷涂机器人结构更加紧凑、细长,从而可以通过小尺寸人孔,进入船舶分段内舱,完成分段大空间内舱的舱壁喷涂作业。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明包括:轨道车、回转折叠机械臂和滑轨装置,其中:轨道车设置于滑轨装置上并与滑轨装置活动连接,回转折叠机械臂活动设置于轨道车一端。
所述的轨道车包括:配重块、车架和行走机构,其中:配重块设置于车架上与回转折叠机械臂相对的另一端,行走机构设置于车架底部并驱动车架在滑轨装置上运动。
所述的行走机构包括:驱动机构和胶轮,其中:胶轮设置于车架底部并与滑轨装置滑动连接,驱动机构与胶轮相连。
所述的驱动机构包括:依次相连的第一伺服控制器、第一防爆伺服电机和第一减速机,其中:第一减速机与胶轮相连。
所述的回转折叠机械臂包括:依次活动连接的回转臂、折叠臂、五轴机械臂和喷枪,其中:回转臂与轨道车相连。
所述的回转臂包括:回转臂关节、回转驱动机构和回转执行机构,其中:回转臂关节通过轴承与轨道车相连,回转驱动机构和回转执行机构设置于回转臂关节内,回转驱动机构驱动回转执行机构三百六十度旋转。
所述的回转驱动机构包括:依次相连的第二伺服控制器、第二防爆伺服电机和第二减速机,其中:第二减速机与回转执行机构相连。
所述的回转执行机构包括:轴齿轮和齿轮圈,其中:轴齿轮设置于齿轮圈内并与回转驱动机构相连。
所述的折叠臂包括:折叠臂关节和液压驱动机构,其中:折叠臂关节两端分别与回转臂和五轴机械臂相连,液压驱动机构两端分别与回转臂和折叠臂关节相连。
所述的折叠臂关节为曲柄连杆机构。
所述的液压驱动机构包括:液压缸、防爆液压泵和液压泵控制器,其中:液压控制器与防爆液压泵相连并控制防爆液压泵的转速,防爆液压泵与液压缸相连并将液压油压入或抽出液压缸内,液压缸两端分别与回转臂和折叠臂关节相连。
所述的五轴机械臂包括:驱动机构、机械臂关节和用于安装固定喷枪的喷枪夹具,其中:驱动机构包括五套由伺服电机、伺服驱动器及谐波减速机组成的驱动单元,机械臂关节包括机械臂壳体、轴承、法兰盘。
所述的滑轨装置包括:轨道、永磁吸盘、吸盘扳手和固定夹板,其中:轨道设置于固定夹板上,永磁吸盘设置于固定夹板两侧,吸盘扳手设置于永磁吸盘下。
技术效果
与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
1、通过回转折叠机械臂和轨道车的组合,使得喷涂机器人结构更加紧凑、细长,从而可以通过小尺寸人孔,进入船舶分段内舱,完成分段大空间内舱的舱壁喷涂作业。
2、具有较好的喷漆、喷砂兼容性,大大节省了造船的初期成本投入。
3、采用可拆卸式的磁吸式轨道,使喷涂机器人可以深入分段内舱喷涂,同时便于快速布置与移动。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图;
图2为本发明正视图;
图3为本发明驱动结构示意图;
图4为本发明车间结构示意图;
图5为五轴机械臂示意图;
图中:轨道车1、回转折叠机械臂2、滑轨装置3、配重块4、车架5、行走机构6、驱动机构7、胶轮8、第一伺服控制器9、第一防爆伺服电机10、第一减速机11、回转臂12、折叠臂13、五轴机械臂14、喷枪15、回转臂关节16、回转驱动机构17、回转执行机构18、第二伺服控制器19、第二防爆伺服电机20、第二减速机21、轴齿轮22、齿轮圈23、折叠臂关节24、液压驱动机构25、液压缸26、防爆液压泵27、液压泵控制器28、机械手臂29、五轴控制器30、夹具31、轨道32、永磁吸盘33、吸盘扳手34、固定夹板35、人孔36、分段内舱舱壁37、插销38、销孔39、轴承40、集控台41、网线42、工控机43、PLC44、玻璃监控窗45、电气柜46、线缆与管路47、高压气罐48、油漆罐49、钢砂罐50、收线器51、分段内舱52、驱动机构53、机械臂关节54、喷枪夹具55。
具体实施方式
如图1-3所示,为本实施例涉及的一种轨道式喷涂机器人,其中包含:轨道车1、回转折叠机械臂2和滑轨装置3,其中:轨道车1设置于滑轨装置3上并与滑轨装置3活动连接,回转折叠机械臂2设置于轨道车1一端。
所述的轨道车1包括:配重块4、车架5和行走机构6,配重块4的截面为矩形,其中:配重块4设置于车架5上与回转折叠机械臂2相对的另一端,行走机构6设置于车架5底部并驱动车架5在轨道32上运动。
所述的行走机构6包括:驱动机构7和胶轮8,其中:胶轮8设置于车架5底部并与滑轨装置3滑动连接,驱动机构7与胶轮8相连。
所述的驱动机构7包括:依次相连的第一伺服控制器9、第一防爆伺服电机10和第一减速机11,其中:第一减速机11与胶轮8相连。
所述的回转折叠机械臂2包括:依次活动连接的回转臂12、折叠臂13、五轴机械臂14和喷枪15,其中:回转臂12与轨道车13相连。
所述的回转臂12包括:回转臂关节16、回转驱动机构17和回转执行机构18,回转臂关节16的截面为圆形,其中:回转臂关节16通过轴承40与车架5相连,回转驱动机构17和回转执行机构18设置于回转臂关节16内,回转驱动机构17驱动回转执行机构18三百六十度旋转。
所述的回转驱动机构17包括:依次相连的第二伺服控制器19、第二防爆伺服电机20和第二减速机21,其中:第二减速机21与轴齿轮22相连。
所述的回转执行机构18包括:轴齿轮22和齿轮圈23,轴齿轮22采用油性尼龙材料,其中:轴齿轮22设置于齿轮圈23内并设置于第二减速机21的输出轴上。
所述的折叠臂13包括:折叠臂关节24和液压驱动机构25,折叠臂关节24的截面为矩形,其中:折叠臂关节24两端分别与回转臂关节16和机械手臂29相连,液压驱动机构25两端分别与回转臂关节16和折叠臂关节24相连。
所述的折叠臂关节24为曲柄连杆机构。
所述的液压驱动机构25包括:液压缸26、防爆液压泵27和液压泵控制器28,其中:液压控制器28与防爆液压泵27相连并控制防爆液压泵27的转速,防爆液压泵27与液压缸26相连并将液压油压入或抽出液压缸26内,液压缸26两端分别与回转臂关节16和折叠臂关节24相连。
如图5所示,所述的五轴机械臂14包括:驱动机构53、机械臂关节54和用于安装固定喷枪15的喷枪夹具55,其中:驱动机构53包括五套由伺服电机、伺服驱动器及谐波减速机组成的驱动单元,机械臂关节54包括机械臂壳体、轴承、法兰盘;当需要喷砂时喷枪15采用喷砂枪,并连接高压气路与喷砂管路;当需要喷漆时,拆卸喷砂枪,替换为喷漆枪并连接高压气路与喷砂管路。
所述的滑轨装置3包括:轨道32、永磁吸盘33、吸盘扳手34和固定夹板35,其中:轨道32设置于固定夹板35上,永磁吸盘33设置于固定夹板35两侧,吸盘扳手34设置于永磁吸盘33下;上拉吸盘扳手34,永磁吸盘33内的磁铁被杠杆机构拉离钢板,吸盘吸力减弱,此时可以移动固定夹板35;下拉吸盘扳手34,永磁吸盘33内的磁铁靠近钢板,吸盘吸力增强,使固定夹板35与人孔36周围钢板间的摩擦力增强,固定夹板35被紧固在人孔上。
如图1所示,分段内舱52上设有用于工人与喷涂设备的进出的人孔36,人孔36为椭圆型,当喷涂机器人通过人孔时,回转臂12回复初始位置,折叠臂13折叠在回转臂12的上方,五轴机械臂14保持伸直状态;进行内舱喷涂作业时,回转折叠机械臂2展开,回转臂12回转角度、折叠臂13展开角度以及五轴机械臂14关节的位置与喷涂的舱壁位置相关。
如图4所示,喷涂车间划分为办公区域和喷涂区域,包括:集控台41、工控机43、PLC44、线缆与管路47、收线器51、玻璃监控窗45、高压气罐48、油漆罐49、钢砂罐50、线缆与管路47其中:办公区域的集控台41通过网线42与工控机43相连,组成局域网;操作人员在办公区域内通过玻璃监控窗45与集控台41监控喷涂机器人的运行状态,并对喷涂机器人实施控制;工控机43与PLC44通过工业网线相连;PLC44的输出端与电气柜46相连;电气柜46同时作为喷涂机器人的动力电源;线缆与管路47分别与电气柜46、PLC44、高压气罐48、油漆罐49、钢砂罐50相连;线缆与管路47装入坦克拖链内后,依次连接到收线器51、轨道车1、回转臂12、折叠臂13、五轴机械臂14、喷枪15;轨道车1行驶在轨道32上,轨道32通过永磁吸盘33固定在船舶分段人孔36底部的钢板上。
所述工控机43包括:无风扇全封闭式机箱和防爆监控显示器,其中:全封闭式机箱表面上设有防止机箱过热的散热片;工控机43机箱通过网线42与集控台41相连,自动喷涂时接收需要喷涂分段的三维数据,由工控机43内部的路径规划软件规划喷枪的运动轨迹;当需要人工操作时,可由集控台41向工控机43直接发送喷涂机器人动作指令,再由PLC 44处理指令后对喷涂机器人的姿态进行调整;工控机机箱与PLC 44通过工业级网线连接,向PLC44传输喷涂机器人的喷枪15的运动路径规划,接收PLC 44传回的喷涂机器人各部件的实时位置信息,并经过上位机软件处理后在集控台的显示器上显示喷涂机器人的当前运行状态。
所述的PLC 44包括:PLC控制器和触摸屏,其中:PLC控制器通过工业网线与工控机43相连,通过TCP/IP协议进行相互通信。
所述的TCP/IP协议通信为:PLC控制器内置驱动程序,将工控机43发送的喷枪15的运动路径参数转化为喷涂机器人上各伺服电机、液压缸的运动参数,并发送给各伺服电机、液压泵控制器;PLC控制器的驱动程序根据喷枪15的运动速度、现场温度、湿度,实时调整钢砂或油漆的流量;PLC控制器通过PROFIBUS-DP现场总线与高压电管理箱、第一伺服控制器9、第二伺服控制器19、液压泵控制器28、五轴控制器30、喷枪控制器进行通讯,向控制器发送运动参数,并接收各控制器状态反馈;PLC控制器通过远程I/O模块、AD采集模块、变送器模块采集机器人上各传感器信息;PLC控制器通过RS232接口与触摸屏通讯;通过操作触摸屏可以调整喷漆或喷砂的工艺参数,使喷涂机器人具有较好的通用性。
所述线缆与管路47包括:电源线、现场总线、传感器信号线、油漆管路、喷砂管路和高压气路,其中:电源线、现场总线接入各控制器;线缆外部包裹护线管,护线管采用铜合金编织物制成;护线管接地;电源线、现场总线、传感器信号线设置于护线管内;油漆管路、喷砂管路、高压气路分别与油漆罐49、钢砂罐50和高压气罐51相连;油漆管路外包裹有用于保持油漆流动的加热片;护线管、油漆管路、喷砂管路、高压气路均固定在坦克拖链内部;当喷涂机器人运动时,坦克拖链从收线器51内拉出或被卷入收线器51内。
所述的用于控制喷涂机器人上线缆与管路移动的收线器51设置于在轨道32末端,收线器51内设有绞盘,绞盘上缠绕坦克拖链;其中:绞盘由伺服电机和减速机驱动用于实时控制绞盘的转速与转动角度,保证线缆与管路与轨道车1同步运动。
所述防爆伺服电机采用永磁同步电机,采用旋变反馈用于反馈电机旋转角度与转速;伺服控制器通过PROFIBUS-DP现场总线与PLC44相连,驱动电源采用380V动力电;伺服控制器为伺服电机供电、定位以及对伺服电机的加加速度进行控制,使喷涂机器人可以平顺运行。
所述防爆液压泵27采用永磁同步电机作为动力源,采用霍尔传感器用于反馈电机转速,防爆液压泵27的工质为白油;液压泵控制器28通过PROFIBUS-DP现场总线与PLC44相连;液压泵控制器根据PLC的控制指令,控制防爆液压泵27的供电,通过控制防爆液压泵27来达到控制液压缸26伸缩的目的;液压驱动机构25驱动电源采用380V动力电;液压泵控制器28液压缸26上的位置传感器相连,位置传感器反馈液压缸26的伸长量,从而实现对液压缸26的精确控制。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种轨道式喷涂机器人,其特征在于,包括:轨道车、回转折叠机械臂和滑轨装置,其中:轨道车设置于滑轨装置上并与滑轨装置活动连接,回转折叠机械臂活动设置于轨道车一端;
所述的轨道车包括:配重块、车架和行走机构,其中:配重块设置于车架上与回转折叠机械臂相对的另一端,行走机构设置于车架底部并驱动车架在滑轨装置上运动;
所述的回转折叠机械臂包括:依次活动连接的回转臂、折叠臂、五轴机械臂和喷枪,其中:回转臂与轨道车相连;
所述的滑轨装置包括:轨道、永磁吸盘、吸盘扳手和固定夹板,其中:轨道设置于固定夹板上,永磁吸盘设置于固定夹板两侧,吸盘扳手设置于永磁吸盘下。
2.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的行走机构包括:驱动机构和胶轮,其中:胶轮设置于车架底部并与滑轨装置滑动连接,驱动机构与胶轮相连。
3.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的驱动机构包括:依次相连的第一伺服控制器、第一防爆伺服电机和第一减速机,其中:第一减速机与胶轮相连。
4.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的回转臂包括:回转臂关节、回转驱动机构和回转执行机构,其中:回转臂关节通过轴承与轨道车相连,回转驱动机构和回转执行机构设置于回转臂关节内,回转驱动机构驱动回转执行机构三百六十度旋转。
5.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的回转驱动机构包括:依次相连的第二伺服控制器、第二防爆伺服电机和第二减速机,其中:第二减速机与回转执行机构相连。
6.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的回转执行机构包括:轴齿轮和齿轮圈,其中:轴齿轮设置于齿轮圈内并与回转驱动机构相连。
7.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的折叠臂包括:折叠臂关节和液压驱动机构,其中:折叠臂关节两端分别与回转臂和五轴机械臂相连,液压驱动机构两端分别与回转臂和折叠臂关节相连。
8.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的折叠臂关节为曲柄连杆机构。
9.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的液压驱动机构包括:液压缸、防爆液压泵和液压泵控制器,其中:液压控制器与防爆液压泵相连并控制防爆液压泵的转速,防爆液压泵与液压缸相连并将液压油压入或抽出液压缸内,液压缸两端分别与回转臂和折叠臂关节相连。
10.根据权利要求1所述的轨道式喷涂机器人,其特征是,所述的五轴机械臂包括:驱动机构、机械臂关节和用于安装固定喷枪的喷枪夹具,其中:驱动机构包括五套由伺服电机、伺服驱动器及谐波减速机组成的驱动单元,机械臂关节包括机械臂壳体、轴承、法兰盘。
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