CN113198650B - 一种喷涂机器人及其正压防爆方法 - Google Patents

Abstract

一种喷涂机器人，包括依次连接并相对转动的底座以及密封关节；底座和密封关节内设有连通且密封的中空结构；还包括外接于底座的气流控制单元；底座上设有与中空结构连通的进气口与出气口；气流控制单元包括进气组件和排气组件；进气组件包括用于与气源连接的进气管、引流气管以及连接在进气管与引流气管之间的进气电磁阀；引流气管穿过进气口且其出口位于密封关节末端的中空结构内；排气组件包括与出气口连通的排气气管和设置在排气气管上的排气电磁阀。此外本发明还提供了使用该喷涂机器人的正压防爆方法。与现有技术相比较，本发明的喷涂机器人及其正压防爆方法安全性高、成本低。

Description

一种喷涂机器人及其正压防爆方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种喷涂机器人及其正压防爆方法。

背景技术

对于汽车、航空航天设备、手机、电脑等各行各业的产品，为提高产品的使用寿命和美观度，会对所使用的零部件进行喷漆加工。然而由于喷漆过程中会对油漆进行雾化以确保喷涂均匀，因此喷漆的喷涂车间中存在大量的油漆喷雾，工作环境恶劣。如果与火花电弧接触又或是达到一定的温度，甚至会引起爆炸。为保证操作人员的安全，并提高工作效率，喷涂机器人被广泛应用。

请参阅图1，授权公告号为CN213081482的专利中公开了一种高精度工业喷涂机器人，包括基座组件1、腰部关节组件2、大臂关节组件3、小臂关节组件4和三自由度中空手腕5。其中，所述基座组件1、所述腰部关节组件2、所述大臂关节组件3和所述小臂关节组件4均为中空结构并形成机器人的密封腔(图未示)。用于提供电源和控制信号的内部走线管(图未示)设置在所述密封腔内。尽管通过将内部走线管设置在密封腔的方式在一定程度上隔开了电源线的火花电弧与外部环境接触。然而要实现与外部环境完全隔绝则需要喷涂机器人具有极高的气密性，从而加大喷涂机器人零部件的加工难度。而且使用一段时间后，由于密封件老化等原因，也会造成气密性下降，导致安全性下降。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种利用正压防爆的喷涂机器人，以提高安全性和减低防爆成本。

本发明采取的技术方案如下：

一种喷涂机器人，包括依次连接并相对转动的底座以及密封关节；所述底座和所述密封关节内设有连通且密封的中空结构；还包括外接于所述底座的气流控制单元；所述底座上设有与所述中空结构连通的进气口与出气口；所述气流控制单元包括进气组件和排气组件；所述进气组件包括用于与气源连接的进气管、引流气管以及连接在所述进气管与所述引流气管之间的进气电磁阀；所述引流气管穿过所述进气口且其出口位于所述密封关节末端的中空结构内；所述排气组件包括与所述出气口连通的排气气管和设置在所述排气气管上的排气电磁阀。

与现有技术相比较，本发明的喷涂机器人通过气流控制单元将防爆气体引流至中空结构最内部，原来在中空结构内部的气体能彻底被防爆气体正压排出。而且由于防爆气体的正压作用，即便密封件存在间隙，在工作过程中外部气体也难以进入中空结构内部，从而降低密封件的加工难度，提高安全性。此外进气口与出气口集中设置在底座上，可减低安装与维修的难度。并且气流控制单元为独立组件，操作人员能根据实际需要灵活选择是否使用正压防爆，实用性强。

进一步，所述进气组件还包括进气调压阀；所述进气调压阀位于所述进气电磁阀与所述进气管之间。调节进气调压阀的大小可选择进行吹扫操作或是稳压操作，进一步提高安全性。

进一步，所述进气组件还包括吹扫气管和吹扫调节阀；所述吹扫气管一端与所述进气管并联，另一端并联至所述进气电磁阀；所述吹扫调节阀位于所述吹扫气管上。操作人员预先调节进气调压阀和吹扫调节阀并根据操作内容选择开启进气调压阀或吹扫调节阀，从而减少在吹扫与稳压操作切换过程中重新设定通入中空结构中气压大小的操作，提高操作的便捷性。

进一步，所述排气组件还包括气压检测器；所述气压检测器位于所述排气气管上并靠近所述出气口，以检测中空结构的气压是否达到正压防爆的要求。在保证防止外部气体进入的同时防止中空结构内部压强过大。

进一步，所述气流控制单元还包括控制器；所述控制器分别与所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述进气调压阀、所述吹扫调节阀以及所述气压检测器电连接。通过控制器自动调整所述进气调压阀、所述吹扫调节阀的额定压强，并控制进气电磁阀、排气电磁阀、进气调压阀、吹扫调节阀的关闭，且获取中空结构内部的压强大小，从而实现正压防爆的自动化。

进一步，所述吹扫调节阀的压力值大于所述进气调压阀的压力值，以保证吹扫操作时能快速、彻底清除中空结构内部可能引起爆炸的气体。

进一步，所述排气组件还包括设置在所述排气气管上的排气调压阀；所述排气电磁阀位于所述排气调压阀与所述气压检测器之间并与所述控制器电连接，通过排气调压阀可调整排气的速度。

进一步，还包括依次连接并相对转动的小臂、四轴旋转手腕、五轴旋转手腕和喷涂组件；所述小臂安装在所述密封关节末端并随之转动；分别带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件转动的四轴电机、五轴电机和六轴电机集中安装在所述密封关节末端的中空结构内。由于喷涂组件作为整个机器人的终端需要不停地变换位置，若负载过大容易影响喷涂机器人整体的稳定性。将重量较大的小臂电机、五轴电机和六轴电机集中安装在远离喷涂组件的所述三轴转座中空结构内一方面能降低终端的负担，提高稳定性；另一方面能减少密封件的设置以及密封区域，降低加工成本。

进一步，分别带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件转动的四轴减速器、五轴减速器和六轴减速器集中安装在所述密封关节末端的中空结构内，进一步降低终端的负载。

此外，本发明还提供了一种喷涂机器人的正压防爆方法，包括以下步骤：

设置一种喷涂机器人，所述喷涂机器人包括连接并相对转动的底座、密封关节和外接于所述底座的气流控制单元；所述底座和所述密封关节内设有连通且密封的中空结构；所述底座上设有与所述中空结构连通的进气口与出气口；所述气流控制单元包括进气组件和排气组件；所述进气组件包括用于与气源连接的进气管、引流气管、串联在所述进气管与所述引流气管之间的进气电磁阀、并联在所述进气管与所述进气电磁阀之间的吹扫气管以及设置在所述吹扫气管上的吹扫调节阀；所述引流气管穿过所述进气口且其出口位于所述密封关节末端的中空结构内；所述排气组件包括与所述出气口连通的排气气管、均设置在所述排气气管上的排气电磁阀和气压检测器，所述气压检测器靠近所述出气口；

调节所述吹扫调节阀和所述进气调压阀的额定气压值，使得所述吹扫调节阀的额定气压值大于所述进气调压阀的额定气压值；

关闭所述进气调压阀；开启所述吹扫调节阀、所述进气电磁阀以及所述排气电磁阀并通入气体直至所述排气电磁阀排出气体；

关闭所述吹扫调节阀、所述排气电磁阀；打开所述进气调压阀并通入气体，使得所述气压检测器检测到的压强值保持在额定工作压强。

与现有技术相比，一种喷涂机器人的防爆方法将防爆气体引流至中空结构最内部，可将原来在中空结构内部的气体能彻底排出。而且由于防爆气体的正压作用，即便密封件存在间隙，在工作过程中外部气体也难以进入中空结构内部，从而降低密封件的加工难度，提高安全性。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为现有技术中一种高精度工业喷涂机器人的整体结构示意图；

图2为本发明中喷涂机器人的整体结构示意图；

图3为本发明中喷涂机器人的正视图；

图4为沿图3中线A-A剖视的剖视投影图；

图5为本发明中喷涂机器人的局部结构示意图；

图6为本发明中喷涂机器人拆除小臂壳体、五轴壳体以及六轴壳体后的局部结构示意图；

图7为本发明中喷涂机器人拆除五轴壳体以及六轴壳体后的局部结构示意图；

图8为本发明中底座的局部结构示意图；

图9为本发明中气流控制单元的结构示意图；

图10为本发明中气阀的结构示意图。

具体实施方式

请结合参阅图2和图3，本发明的喷涂机器人设置在工作台(图未示)上并设有多个关节，包括依次连接的底座10、转座20、大臂30、三轴转座40、小臂50、四轴旋转手腕60、五轴旋转手腕70和喷涂组件80。其中，所述转座20绕垂直于工作台轴线转动。所述大臂30绕与工作台台面平行的轴线转动。所述三轴转座40位于所述大臂30远离所述转座20的一端并绕与所述大臂30的转动轴平行的直线转动。所述小臂50随所述三轴转座40而转动。所述四轴旋转手腕60位于所述小臂50远离所述三轴转座40的一端且其转动轴轴线与所述三轴转座40的转动轴轴线成夹角。所述五轴旋转手腕70位于所述四轴旋转手腕60远离所述小臂50的一端并绕与所述四轴旋转手腕60转动轴轴线成夹角的轴线转动。所述喷涂组件80位于所述五轴旋转手腕70外侧并绕与所述五轴旋转手腕70转动轴轴线成夹角的轴线转动。通过所述转座20、所述大臂30、所述三轴转座40、所述小臂50、所述四轴旋转手腕60以及所述五轴旋转手腕70的转动相互配合，使得所述喷涂组件80移动到零部件所在位置以进行喷涂。请结合参阅图4，所述底座10、所述转座20、所述大臂30和所述三轴转座40作为密封关节其内部设有连通且与外部密封隔绝的中空结构90，线缆在所述中空结构90中走线。

请参阅图5至图7，所述小臂50包括内部中空的小臂壳体51。

所述四轴旋转手腕60包括四轴电机61、与所述四轴电机61的输出轴同轴连接的四轴减速器62、四轴转轴63、四轴齿轮64和四轴壳体65。所述四轴转轴63与所述四轴减速器62同轴连接且轴向与所述四轴电机61的输出轴向平行并在所述小臂壳体51内向远离所述三轴转座40方向延伸。所述四轴转轴63在远离所述四轴电机61的一端设有齿轮(未标注)并与所述四轴齿轮64啮合，所述四轴壳体65随所述四轴齿轮64同轴转动。当所述四轴电机61的输出轴转动时，所述四轴电机61依次通过所述四轴减速器62、所述四轴转轴63和所述四轴齿轮64带动所述四轴壳体65绕与所述四轴转轴63轴向平行的轴线转动。

所述五轴旋转手腕70包括五轴电机71、与所述五轴电机71的输出轴同轴连接的五轴减速器72、五轴转轴73、五轴齿轮74、五轴斜齿对75和五轴壳体76。所述五轴转轴73与所述五轴减速器72同轴连接且轴向与所述五轴电机71的输出轴向平行并在所述小臂壳体51内向远离所述三轴转座40方向延伸。所述五轴转轴73在远离所述五轴电机71的一端设有齿轮(未标注)并与所述五轴齿轮74啮合。所述五轴斜齿对75中的一个斜齿轮随所述五轴齿轮74同轴转动，另一个斜齿轮与所述五轴壳体76固定。当所述五轴电机71的输出轴转动时，所述五轴电机71依次通过所述五轴减速器72、所述五轴转轴73、所述五轴齿轮74、所述五轴斜齿对75带动所述五轴壳体76绕与所述四轴旋转手腕60转动轴轴线成夹角的轴线转动。

所述喷涂组件80包括六轴电机81、与所述六轴电机81的输出轴同轴连接的六轴减速器82、六轴转轴83、六轴齿轮84、六轴第一斜齿对85、六轴第二斜齿对86、末端法兰87和喷涂器(图未示)。所述六轴转轴83与所述六轴减速器82同轴连接且轴向与所述六轴电机81的输出轴向平行并在所述小臂壳体55内向远离所述三轴转座40方向延伸。所述六轴转轴83在远离所述六轴电机81的一端设有齿轮(未标注)并与所述六轴齿轮84啮合。所述六轴第一斜齿对86中的一个斜齿轮随所述六轴齿轮84同轴转动，另一个斜齿轮与所述六轴第二斜齿对86中的一个斜齿同轴转动以实现转动的转向。所述六轴第二斜齿对86中的另一个斜齿轮与所述末端法兰87同轴连接。所述喷涂器位于所述五轴壳体76外侧且固定在所述末端法兰87上。当所述六轴电机81的输出轴转动时，所述六轴电机81依次通过所述六轴减速器82、所述六轴转轴83、所述六轴齿轮84、所述六轴第一斜齿对85、所述六轴第二斜齿对86带动所述末端法兰87绕与所述五轴壳体76转动轴轴线成夹角的轴线转动，所述喷涂器随之转动。

所述四轴转轴63、所述五轴转轴73和所述六轴转轴83的轴向相互平行于所述工作台台面并与所述三轴转座40轴向垂直；所述四轴齿轮64、所述五轴齿轮74和所述六轴齿轮84同轴转动。所述五轴斜齿对75中两斜齿与所述六轴第一斜齿对85中的两斜齿分别两两同轴转动。驱动所述转座20转动的转座电机21设置在位于所述底座10的中空结构90内，驱动所述大臂30转动的大臂电机31设置在位于所述转座20的中空结构90内，驱动所述三轴转座40的三轴转座电机41、驱动所述四轴旋转手腕60转动的四轴电机61、驱动所述五轴旋转手腕70转动的五轴电机71和驱动所述喷涂器转动的六轴电机81以及与之连接的减速器集中安装在位于所述三轴转座40的中空结构90内。连接外部电源的线缆(图未示)只需连接至所述三轴转座40内，从而减少了密封件的设置以及密封区域，降低加工成本，此外，由于电机向远离经常发生位置改变的喷涂组件的方向移动，还可以减小喷涂机器人终端的负载，有利于喷涂组件移动时的稳定性。

所述底座10上设有与所述中空结构90连通的进气口11和出气口12，该喷涂机器人还包括外接于所述底座10的气流控制单元100，所述气流控制单元100包括进气组件110、排气组件120和控制器130。所述进气组件110通过所述进气口11连接至所述中空结构90。所述排气组件与所述出气口12连接。请参阅图9，所述进气组件110包括与气源(图未示)连接的进气管111、依次设置所述进气管111上的进气调压阀112、进气电磁阀113以及引流气管114。优选地，沿气流的流动方向，所述进气调压阀112前方还设有过滤器115以对通入的气体进行过滤。所述进气电磁阀113位于靠近所述进气口11的一侧。所述引流气管114的排出口设置在位于所述三轴转座40的中空结构90内。所述排气组件120包括与所述出气口12连通的排气气管121、在所述排气气管121上依次串联设置的气压检测器122、排气电磁阀123和排气调压阀124。所述气压检测器122位于靠近所述出气口12的一侧。所述进气口11和所述出气口12均位于所述底座10，所述三轴转座40无设置出气口，便于安装与调试。

进一步，为保证工作时所述中空结构90内不含有易燃气体，在工作前需要进行吹扫操作。然而进行吹扫操作与进行稳压防爆操作所需的气压值不同，因此每次吹扫与稳压切换时均需要重新调节进气调压阀112的压力值。为提高调节的便捷性，所述进气组件110还包括吹扫气管116和吹扫调节阀117。所述吹扫气管116一端通过三通阀等并联联至所述进气管111，另一端并联联至所述进气电磁阀113。所述吹扫调节阀117设置在所述吹扫气管116上。为保证吹扫效果，所述吹扫调节阀117的压力值大于所述进气调压阀112的压力值。

所述控制器130分别与所述进气调压阀112、所述进气电磁阀113、所述吹扫调节阀117、所述气压检测器122、所述排气电磁阀123和所述排气调压阀124电连接以控制其开关以及设置参数。

进一步，请参阅图10，所述排气组件120还包括插设在所述出气口12并由弹性材料制成的气阀125。所述气阀125包括主体1251、阀片1252以及十字狭缝1253。所述主体1251内部中空且两端设有开口。所述主体1251卡设在所述出气口12内并与其过盈配合，所述阀片1252盖合在所述主体1251一端的开口上并位于所述底座10外侧，所述阀片1252的外径大于所述出气口12的孔径。所述十字狭缝1253开设在所述阀片1252上以将所述阀片1252分割为相连的四小片。所述排气气管121插设在所述十字狭缝1253中，四小片阀片1252朝向所述底座10外侧翻折与所述排气气管121外壁贴合。当所述中空结构90内部压力过大而所述排气电磁阀123未完全打开时，过大的气压推动四小片阀片1252将其与所述排气气管121外壁分离，部分气体从所述排气气管121外壁与四小片阀片1252之间的间隙通过以进行泄压直至内部压力减低至额定压力，四小片阀片1252重新与所述排气气管131外壁贴合密封。通过所述气阀125防止因所述中空结构90内部压力所带来的危险性。

所述气流控制单元100工作时，包括以下步骤：

步骤S10：调节所述吹扫调节阀117和所述进气调压阀112的额定气压值。

步骤S20：进行吹扫工作，关闭所述进气调压阀112，打开所述吹扫调节阀117、所述进气电磁阀113、所述排气电磁阀123以及所述排气调压阀124，并将所述排气调压阀124调至最大值。打开气源通入空气或惰性气体等气体，气体沿所述进气管111依次流经所述过滤器115、所述吹扫气管116、所述吹扫调节阀117、所述进气电磁阀113、所述引流气管114并在位于所述三轴转座40的中空结构90排出，然后依次填充所述三轴转座40、所述大臂30、所述转座20、所述底座10的中空结构90后向所述出气口12排出，并依次经过所述排气气管121、所述排气电磁阀123、所述排气调压阀124排出到外部环境中。所述中空结构90内原来的气体全部排出后，吹扫工作结束，关闭气源。优选地，吹扫工作的通气时间为5分钟，所述吹扫调节阀117的额定压强设为0.5MPa，气流流量为1000L/min。

步骤S30：进行稳压防爆工作，关闭所述吹扫调节阀117和所述排气电磁阀123，所述排气调压阀124调至所需的稳压值，打开所述进气调压阀112。从气源流出的气体依次流经所述进气管111、所述过滤器115、所述进气调压阀112、所述进气电磁阀113、所述引流气管114并在位于所述三轴转座40的中空结构90排出，并从所述排气气管121流出。所述气压检测器122检测所述出气口12的压强以保证所述中空结构90内的气压值维持在额定工作压强。若压强小于额定工作压强，则加大气源的进气量，使得所述出气口12的压强上升。若压强大于额定工作压强，则打开所述排气电磁阀123排出部分气体。优选地，所述额定工作压强为0.03MPa。

步骤S40：稳压一段时间后进行喷涂工作。

与现有技术相比较，本发明的喷涂机器人及其正压防爆方法通过正压气体排出危险气体并防止外部气体进入，防爆安全性，减低对密封件的密封要求从而减低加工成本。而且分设吹扫操作与稳压操作，并设有气压检测器，进一步提高安全性的同时保证达到正压防爆的要求。而且自动化程度高。此外终端的负载小，稳定性高，并能进一步降低密封件的加工成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种喷涂机器人，包括依次连接并相对转动的底座以及密封关节；所述底座和所述密封关节内设有连通且密封的中空结构；其特征在于：还包括外接于所述底座的气流控制单元；所述底座上设有与所述中空结构连通的进气口与出气口；所述气流控制单元包括进气组件和排气组件；所述进气组件包括用于与气源连接的进气管、引流气管、连接在所述进气管与所述引流气管之间的进气电磁阀、进气调压阀、吹扫气管和吹扫调节阀；所述引流气管穿过所述进气口且其出口位于所述密封关节末端的中空结构内；所述进气调压阀位于所述进气电磁阀与所述进气管之间；所述吹扫气管一端与所述进气管并联，另一端并联至所述进气电磁阀；所述吹扫调节阀位于所述吹扫气管上；所述吹扫调节阀的压力值大于所述进气调压阀的压力值；所述排气组件包括与所述出气口连通的排气气管、排气电磁阀、气压检测器、排气调压阀和气阀，所述气压检测器、所述排气电磁阀和所述排气调压阀依次串联在所述排气气管，所述气压检测器位于靠近所述出气口一侧以检测所述出气口的压强；所述气阀为弹性件，包括主体、阀片和十字狭缝，所述主体插设在所述出气口并与之过盈配合，所述阀片盖合到所述主体上并未与所述底座外侧；所述十字狭缝开设在所述阀片上，所述排气气管插设在所述十字狭缝之间，使得所述阀片向所述底座外侧翻折并与所述排气气管外壁贴合；

进行吹扫时，关闭所述进气调压阀，打开所述吹扫调节阀、所述进气电磁阀、所述排气电磁阀以及所述排气调压阀；

进行保压防爆时，关闭所述吹扫调节阀和所述排气电磁阀，调节所述排气调压阀，打开所述进气调压阀，并由所述出气口检测到的压强控制所述排气电磁阀的开关和进气量。

2.根据权利要求1所述的喷涂机器人，其特征在于：所述气流控制单元还包括控制器；所述控制器分别与所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述进气调压阀、所述吹扫调节阀以及所述气压检测器电连接。

3.根据权利要求2所述的喷涂机器人，其特征在于：所述排气调压阀与所述控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的喷涂机器人，其特征在于：还包括依次连接并相对转动的小臂、四轴旋转手腕、五轴旋转手腕和喷涂组件；所述小臂安装在所述密封关节末端并随之转动；分别带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件转动的四轴电机、五轴电机和六轴电机集中安装在所述密封关节末端的中空结构内。

5.根据权利要求4所述的喷涂机器人，其特征在于：分别带动所述四轴旋转手腕、所述五轴旋转手腕和所述喷涂组件转动的四轴减速器、五轴减速器和六轴减速器集中安装在所述密封关节末端的中空结构内。

6.一种喷涂机器人正压防爆方法，其特征在于：包括以下步骤：

设置一种喷涂机器人，所述喷涂机器人包括连接并相对转动的底座、密封关节和外接于所述底座的气流控制单元；所述底座和所述密封关节内设有连通且密封的中空结构；所述底座上设有与所述中空结构连通的进气口与出气口；所述气流控制单元包括进气组件和排气组件；所述进气组件包括用于与气源连接的进气管、引流气管、串联在所述进气管与所述引流气管之间的进气电磁阀、进气调压阀、并联在所述进气管与所述进气电磁阀之间的吹扫气管以及设置在所述吹扫气管上的吹扫调节阀；所述进气调压阀位于所述进气电磁阀与所述进气管之间；所述引流气管穿过所述进气口且其出口位于所述密封关节末端的中空结构内；所述排气组件包括与所述出气口连通的排气气管、依次串联在所述排气气管上的气压检测器、排气电磁阀、排气调压阀和气阀，所述气压检测器靠近所述出气口以检测所述出气口的压强；所述气阀为弹性件，包括主体、阀片和十字狭缝，所述主体插设在所述出气口并与之过盈配合，所述阀片盖合到所述主体上并未与所述底座外侧；所述十字狭缝开设在所述阀片上，所述排气气管插设在所述十字狭缝之间，使得所述阀片向所述底座外侧翻折并与所述排气气管外壁贴合；

调节所述吹扫调节阀和所述进气调压阀的额定气压值，使得所述吹扫调节阀的额定气压值大于所述进气调压阀的额定气压值；

关闭所述进气调压阀；开启所述吹扫调节阀、所述进气电磁阀以及所述排气电磁阀并通入气体直至所述排气电磁阀排出气体；

关闭所述吹扫调节阀、所述排气电磁阀，所述排气调压阀调至稳定值；打开所述进气调压阀并通入气体，使得所述气压检测器检测到的压强值保持在额定工作压强；当所述压强值小于所述额定工作压强时，增大所述进气调压阀的进气量；当所述压强值大于所述额定工作压强时，打开所述排气电磁阀。