CN115519559A - 舱底狭窄封闭空间喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

一种舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，包括：伸缩移动端以及转动设置于其上的六轴协作机器人和喷枪，其中伸缩移动端包括：用于控制整个装置的移动和定位的移动承载定位小车以及设置于其上由伺服电机带动丝杠驱动的三级伸缩臂，第一级固定悬臂、第二级伸缩悬臂和第三级伸缩悬臂依次套接设置，每级伸缩悬臂上至少设有一对支腿；第一级固定悬臂固定连接小车主体并连接支撑第二级伸缩悬臂，第二级伸缩悬臂与第一级固定悬臂配合连接并承载第三级伸缩悬臂，第三级伸缩悬臂与第二级伸缩悬臂配合连接并在限位轨道内做直线往返运动。本发明使用伺服控制三级伸缩悬臂直线伸缩，整个喷涂臂为悬空状态，摒除人工喷涂和空间底面接触和摩擦，因此可以确保喷涂作业工艺的一次成型和避免修补的情况。

Description

舱底狭窄封闭空间喷涂机器人

技术领域

本发明涉及到狭窄封闭空间内的一种自动化喷涂装置及方法，具体是一种三级伸缩悬臂结构搭载末端直接驱动马达加悬臂的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人。

背景技术

在大型工业装备的设计制造以及装配过程中尤其是船舶制造，由于船舶特殊的结构，底部舱体会出现很多狭窄的空间人是无法进入内部完成喷涂等作业的，目前主要是人工和部分特种长轴悬臂机器通过一些狭窄的侧壁孔位进入内部狭窄封闭空间进行作业。现有喷涂机器人没有逐级支撑腿支撑整个悬臂结构，悬臂长度限制喷涂机器人能伸进内部狭窄封闭空间进行喷涂作业的深度；悬臂式结构限制末端负载能力，所以在末端的喷涂装置喷涂作业时，气流和物料流以及整个管路产生的反作用力影响整个悬臂结构的稳定性，从而无法保证喷涂点位的精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，通过伺服控制三级伸缩结构实现狭窄封闭空间的喷涂作业，显著减轻装置总体质量，使装置的搬运和移动操作过程更方便。同时在三级伸缩悬臂逐级直线伸出时每级悬臂上面对应的支撑腿在舵机的控制下转动到支撑状态，支腿底部海绵吸盘靠负压吸力与舱底牢固吸合，支撑着伸出状态的悬臂，加强悬臂及末端喷涂装置的稳定性，从而确保整个机器人喷涂点位的精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，包括：伸缩移动端以及设置于其上的六轴协作机器人和喷枪机构，其中伸缩移动端包括：用于控制整个装置的移动和定位的移动承载定位小车以及设置于其上由伺服电机带动滚珠丝杠驱动的三级伸缩臂，其中：第一级固定悬臂、第二级伸缩悬臂和第三级伸缩悬臂依次套接设置，每级伸缩悬臂上至少设有一对支腿；第一级固定悬臂固定连接小车主体并连接支撑第二级伸缩悬臂，第二级伸缩悬臂与第一级固定悬臂配合连接并承载第三级伸缩悬臂，第三级伸缩悬臂与第二级伸缩悬臂配合连接并在限位轨道内做直线往返运动。

所述的伺服电机带动滚珠丝杠驱动，通过固定设置于移动承载定位小车上的伺服电机、分别与第一和第二级伸缩悬臂相连的滚珠丝杠机构以及分别与第二和第三级伸缩悬臂相连的钢丝绳实现，其中：伺服电机驱动滚珠丝杠机构运动从而实现对二级伸缩悬臂的伸缩状态和伸缩距离的控制，钢丝绳牵引三级伸缩悬臂和二级伸缩悬臂实现联动。

技术效果

本发明通过长臂展伸缩悬臂各级增加对应实时辅助支腿结构装置，不需要像现有技术的喷涂机器人需要进入到内部空间做坐标的标定获取工作，只需要外部小车和伸缩悬臂伸缩的长度即可确定喷涂装置末端的坐标；三级伸缩悬臂采用伺服电机驱动和钢丝绳牵引方式，整个装置的结构更简洁可靠，制造成本更低，更符合目前的行业需求。

附图说明

图1为本发明结构图；

图2为伸缩结构内部剖视图；

图3为第一级固定悬臂支腿示意图；

图4为钢丝绳设置示意图；

图5为实施例场景示意图；

图中：1移动承载定位小车、2第一级固定悬臂、3第二级伸缩悬臂、4第三级伸缩悬臂、5第一级固定悬臂支腿、6第二级悬臂第二级支腿、7第二级悬臂第一级支腿、8第三级悬臂第二级支腿、9第三级悬臂第一级支腿、10转接板、11直流驱动马达、12末端悬臂、13六轴协作机器人、14喷枪安装支架、15喷枪机构、16调高装置、17激光传感器、101伺服电机、102伺服电机安装支架、103滚珠丝杠支撑侧轴承座、104滚珠丝杠螺母、105丝杠螺母固定连接板、106滚珠丝杠、107钢丝绳、108轴承座安装板、109轴承座、110第一钢丝绳固定座、111第一槽轮组、112第二钢丝绳固定座、113第二槽轮组。

具体实施方式

如图1和图3所示，为本实施例涉及一种舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，包括：伸缩移动端以及转动设置于其上的六轴协作机器人13和喷枪机构15。

所述的伸缩移动端包括：用于控制整个装置的移动和定位的移动承载定位小车1以及设置于其上由伺服电机带动丝杠驱动的三级伸缩臂，其中：第一级固定悬臂2、第二级伸缩悬臂3和第三级伸缩悬臂4依次套接设置，每级伸缩悬臂上至少设有一对支腿；第一级固定悬臂固定连接小车主体并连接支撑第二级伸缩悬臂，第二级伸缩悬臂与第一级固定悬臂配合连接并承载第三级伸缩悬臂，第三级伸缩悬臂与第二级伸缩悬臂配合连接并在限位轨道内做直线往返运动。

所述的第一级伸缩悬臂2两侧分别设置有两列滚动轴承，对应第二级伸缩悬臂3上设有内侧长方形凹槽；第二级伸缩悬臂3两侧分别设置有两列滚动轴承，对应第三级伸缩悬臂4上设有内侧长方形凹槽，此结构限制多级伸缩悬臂的前后的相对运动。

所述的第一级固定悬臂2的末端活动设置第一级固定悬臂支腿5，当小车整体移动到位定位完成时张开第一级固定悬臂支腿5用于固定支撑，如图3所示，该第一级固定悬臂支腿5上通过通过舵机轴502设置舵机501，其中：舵机轴502固定设置于第一级固定悬臂2上，舵机本体503于支腿相固连，当舵机转动时带动舵机本体转动从而驱使支腿旋转打开。

所述的第一级固定悬臂支腿5的底部设置负压吸盘结构504，在支腿旋转到位以后，吸盘真空负压吸合住底部舱体结构，至此完成支撑腿结构的辅助支撑。

所述的第二级伸缩悬臂3的两端有第二级悬臂第一、二级支腿6和7，当第二级悬臂伸出到第二级支腿所在位置时，第二级支腿张开，起固定支撑作用，当第二级悬臂伸出到第一级支腿所在位置时，第一级支腿6张开起固定支撑作用，该第二级悬臂第一、二级支腿6和7上设有与第一级固定悬臂支腿5相同的舵机和负压吸盘结构。

所述的第三级伸缩悬臂4的两端设有第三级悬臂第一、二级支腿9和8，当第三级悬臂伸出到第二级支腿所在位置时，第二级支腿张开，起固定支撑作用，当第三级悬臂伸出到定位喷涂作业位置时，第一级支腿张开，起固定支撑作用，该第三级悬臂第一、二级支腿9和8上设有与第一级固定悬臂支腿5相同的舵机和负压吸盘结构。

所述的转动设置，通过设置于三级伸缩臂末端的转接板10和与之相连的末端悬臂12实现，该末端悬臂12通过直流驱动马达11驱动实现旋转以增加协作机器人的横向工作半径区域。

所述的喷枪机构15通过安装支架14设置于六轴协作机器人13上。

如图2所示，所述的伺服电机带动丝杠驱动，通过固定设置于移动承载定位小车1上的伺服电机101、分别与第一和第二级伸缩悬臂相连的滚珠丝杠机构以及分别与第二和第三级伸缩悬臂相连的钢丝绳107实现，其中：伺服电机驱动滚珠丝杠机构运动从而实现对二级伸缩悬臂的伸缩状态和伸缩距离的控制，钢丝绳牵引三级伸缩悬臂和二级伸缩悬臂实现联动。

所述的滚珠丝杠机构包括：支撑侧轴承座103、滚珠丝杠螺母104、固定连接板105、滚珠丝杠106、轴承座安装板108和移动侧轴承座109，其中：轴承座安装板108设置于第一级固定悬臂2的末端底部，滚珠丝杠螺母104设置于滚珠丝杠106上由伺服电机驱动水平方向的前后运动，滚珠丝杠106的两端分别与支撑侧轴承座103和移动侧轴承座109相连，滚珠丝杠螺母104与第二级伸缩悬臂3固定连接。

如图4所示，所述的钢丝绳107，其两端分别与设置于第二和第三级伸缩悬臂上的第一钢丝绳固定座110和第二钢丝绳固定座112相连，其中：钢丝绳107分别绕过设置于第二级伸缩悬臂上的第一槽轮组111和设置于第二级伸缩悬臂上的第二槽轮组113，第一槽轮组与第二槽轮组形成闭环槽轮牵引装置，随着电机驱动滚珠丝杠带动二级伸缩悬臂做往返直线运动，从而让钢丝绳在槽轮中间来回做环形运动的同时，带动三级伸缩悬臂联动，实现三级伸缩悬臂的往返直线运动。

所述的钢丝绳107的上部通过第二钢丝绳固定座112紧锁固定在第一级伸缩悬臂2的末端位置处，钢丝绳的下部通过第二钢丝绳固定座112紧锁固定在固定连接板105上然后紧固到滚珠丝杠螺母104上，当伺服电机驱动滚珠丝杠转动促使滚珠丝杠螺母前后运动即控制第二级伸缩悬臂3的伸缩运动也同时控制钢丝绳的转动，从而钢丝绳牵引着第一级伸缩悬臂2做伸缩运动，内部钢丝绳的正转反转从而控制着第一级伸缩悬臂2的伸出和收缩，三级伸缩悬臂的末端位置处均设置有由舵机控制的可控旋转支腿结构装置，起到辅助支撑各级悬臂结构加强整个喷涂机器人作业时稳定性作用从而能保证更高精度的喷涂作业。

所述的喷枪机构15，包括：自动喷枪、换色阀和电磁阀，以实现喷涂和清洗作业自动切换，对不同喷涂区域设计不同喷涂路径程序，通过控制机器人按照PLC给出的信号指令选择相应的喷涂程序以及预设的喷涂路径，辅以现场示教修正精度，满足喷涂厚度要求。在喷涂模式中，涂料经固定在机器人手臂上的软输料管连接至自动喷枪，涂料输送动力源来自气动无气喷涂机(柱塞泵)，涂料桶配有搅拌器使得涂料混合均匀以防沉淀，在连接到喷枪之前依次在软输料管上设置过滤器、稳压阀、流量计和换色阀，具有调节涂料输送压力大小和采集喷涂量作用。在清洗模式中，清洗液(有机溶剂)经清洗泵输送至换色阀(与喷涂模式共用)，由PLC控制换色阀来选择当前机器人动作是喷涂模式还是清洗模式。

如图5所示，本装置通过以下方式进行工作：当需要对狭窄封闭空间内部进行喷涂作业时，首先将此喷涂装置前端协作机器人和喷枪等工具由电机控制收缩至最小形态，紧贴并平行与末端悬臂；推动移动承载定位小车到侧壁槽孔处，让前端协作机器人和喷枪工具进入到内部狭窄封闭空间，下压小车万向轮的刹车片进行刹车紧固和定位；紧固和定位完成后，由一级固定悬臂支腿上的舵机驱动一级固定悬臂支腿张开与水平悬臂成90度角垂直于舱体底面，然后支腿底面海绵吸盘负压结构吸合住舱底面；支腿前端与底面接触面是软性结构，具有较强的抓地性能和缓冲性能，能很好的平衡支撑喷涂装置的前端装置重量，减小喷涂运动对悬臂产生的冲击；当一级固定悬臂支腿旋转90度角度已经到位，由舵机反馈信号一级固定悬臂支腿已经支撑固定完成；收到第一级反馈信号当即触发伺服电机控制信号，伺服电机驱动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠螺母把滚珠丝杠的旋转运动转变成直线运动，丝杠螺母与丝杠螺母固定连接板用螺栓固定连接，丝杠螺母固定连接板与二级伸缩悬臂固定连接；同时一级固定悬臂结构本身是作为二级伸缩悬臂的直线运动轨道槽，二级伸缩悬臂自身两侧的上下两列滚子轴承正好装卡到一级固定悬臂两侧轨道槽内，所以伺服电机驱动滚珠丝杠做旋转运动最终控制二级伸缩悬臂在一级固定悬臂轨道槽内做直线往返进给运动；由于环形钢丝绳通过第一钢丝绳固定座固定在一级固定悬臂末端的轴承座固定设置板上，因此钢丝相对二级伸缩悬臂本身是没有运动；钢丝绳一端被第一钢丝绳固定座固定拉着经第二槽轮组，然后被第二钢丝绳固定座固定连接到三级伸缩悬臂末端(此处三级伸缩悬臂结构上与一级固定悬臂相似都是同时兼顾二级伸缩悬臂直线轨道槽的作用，二级伸缩悬臂的上排滚子轴承上下两个顶面正好与三级伸缩悬臂侧面两轨道槽的上下两个面相配合接触，所以二级伸缩悬臂和三级伸缩悬臂之间即可以做相对直线滑动)，当二级伸缩悬臂在伺服电机的驱动下向前做直线进给运动时，第二钢丝绳固定座和所固定连接的三级伸缩悬臂在钢丝绳的拉动牵引下也做向前的进给运动。当二级伸缩悬臂在伺服电机驱动向前进给运动到达限位距离时，触发控制信号，分别给到二级悬臂第一级支腿，三级悬臂第二级支腿，三级悬臂第一级支腿对应的控制驱动舵机信号，由舵机旋转90度带动支腿相应转动90度角让前端面和舱底面垂直支撑起悬臂级末端喷涂装置；支腿支撑完成以后，则控制末端喷涂装置进行喷涂作业。

当伸缩悬臂需要往回收缩时，首先给出收缩的控制信号给到二级悬臂第一级支腿，三级悬臂第二级支腿，三级悬臂第一级支腿对应的控制驱动舵机，舵机回退转动90度角，分别带动对应的各级支腿转动复位到与悬臂水平的初始位置，舵机回退完成的信号进一步触发伺服电机驱动滚珠丝杠做反向旋转运动，进而滚珠丝杠带动二级伸缩悬臂向后做回退运动，当二级伸缩悬臂回退，在钢丝的牵引下，第二钢丝绳固定座和连接的三级伸缩悬臂相对于第一钢丝绳固定座做反向回退运动，从而实现三级伸缩悬臂的反向回退运动。

与现有技术相比，本发明通过在支腿结构装置底部设置有海绵负压吸附装置，从而确保悬臂结构工作状态的稳定性，以保证悬臂末端喷涂作业的精度；伸缩悬臂结构只做直线伸缩运动，三级伸缩悬臂末端增加直流驱动马达悬臂装置做水平方向的旋转运动，三级伸缩悬臂的末端下平面的两侧均设置有激光传感器用以检测各级悬臂末端竖直方向的下压变量，再通过调节移动承载定位小车上的调高装置对悬臂末端竖向坐标进行精确调整，从而确保末端的协作机器人原点能在外部移动小车的坐标位置上得到准确的相对坐标，实现高精度喷涂。

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 (9)

1.一种舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征在于，包括：伸缩移动端以及转动设置于其上的六轴协作机器人和喷枪，其中伸缩移动端包括：用于控制整个装置的移动和定位的移动承载定位小车以及设置于其上由伺服电机带动丝杠驱动的三级伸缩臂，其中：第一级固定悬臂、第二级伸缩悬臂和第三级伸缩悬臂依次套接设置，每级伸缩悬臂上至少设有一对支腿；第一级固定悬臂固定连接小车主体并连接支撑第二级伸缩悬臂，第二级伸缩悬臂与第一级固定悬臂配合连接并承载第三级伸缩悬臂，第三级伸缩悬臂与第二级伸缩悬臂配合连接并在限位轨道内做直线往返运动；

所述的伺服电机带动丝杠驱动，通过固定设置于移动承载定位小车上的伺服电机、分别与第一和第二级伸缩悬臂相连的滚珠丝杠机构以及分别与第二和第三级伸缩悬臂相连的钢丝绳实现，其中：伺服电机驱动滚珠丝杠机构运动从而实现对二级伸缩悬臂的伸缩状态和伸缩距离的控制，钢丝绳牵引三级伸缩悬臂和二级伸缩悬臂实现联动。

2.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的第一级伸缩悬臂两侧分别设置有两列滚动轴承，对应第二级伸缩悬臂上设有内侧长方形凹槽；第二级伸缩悬臂两侧分别设置有两列滚动轴承，对应第三级伸缩悬臂上设有内侧长方形凹槽，此结构限制多级伸缩悬臂的前后的相对运动。

3.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的第一级固定悬臂的末端活动设置第一级固定悬臂支腿，当小车整体移动到位定位完成时张开第一级固定悬臂支腿用于固定支撑；

所述的第二级伸缩悬臂的两端有第二级悬臂第一、二级支腿，当第二级悬臂伸出到第二级支腿所在位置时，第二级支腿张开，起固定支撑作用，当第二级悬臂伸出到第一级支腿所在位置时，第一级支腿张开起固定支撑作用；

所述的第三级伸缩悬臂的两端设有第三级悬臂第一、二级支腿和，当第三级悬臂伸出到第二级支腿所在位置时，第二级支腿张开，起固定支撑作用，当第三级悬臂伸出到定位喷涂作业位置时，第一级支腿张开，起固定支撑作用。

4.根据权利要求3所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的第一级固定悬臂支腿、第二级悬臂第一、二级支腿、第三级悬臂第一、二级支腿上分别通过通过舵机轴设置舵机且底部设置负压吸盘结构，在支腿旋转到位以后，吸盘真空负压吸合住底部舱体结构，至此完成支撑腿结构的辅助支撑。

5.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的转动设置，通过设置于三级伸缩臂末端的转接板和与之相连的末端悬臂实现，该末端悬臂通过直流驱动马达驱动实现旋转以增加协作机器人的横向工作半径区域。

6.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的喷枪机构通过安装支架设置于六轴协作机器人上；该喷枪机构包括：自动喷枪、换色阀和电磁阀，以实现喷涂和清洗作业自动切换。

7.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的滚珠丝杠机构包括：支撑侧轴承座、滚珠丝杠螺母、固定连接板、滚珠丝杠、轴承座安装板和移动侧轴承座，其中：轴承座安装板设置于第一级固定悬臂的末端底部，滚珠丝杠螺母设置于滚珠丝杠上由伺服电机驱动水平方向的前后运动，滚珠丝杠的两端分别与支撑侧轴承座和移动侧轴承座相连，滚珠丝杠螺母与第二级伸缩悬臂固定连接。

8.根据权利要求1所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的钢丝绳，其两端分别与设置于第二和第三级伸缩悬臂上的第一钢丝绳固定座和第二钢丝绳固定座相连，其中：钢丝绳分别绕过设置于第二级伸缩悬臂上的第一槽轮组和设置于第二级伸缩悬臂上的第二槽轮组，第一槽轮组与第二槽轮组形成闭环槽轮牵引装置，随着电机驱动滚珠丝杠带动二级伸缩悬臂做往返直线运动，从而让钢丝绳在槽轮中间来回做环形运动的同时，带动三级伸缩悬臂联动，实现三级伸缩悬臂的往返直线运动。

9.根据权利要求8所述的舱底狭窄封闭空间喷涂机器人，其特征是，所述的钢丝绳的上部通过第二钢丝绳固定座紧锁固定在第一级伸缩悬臂的末端位置处，钢丝绳的下部通过第二钢丝绳固定座紧锁固定在固定连接板上然后紧固到滚珠丝杠螺母上，当伺服电机驱动滚珠丝杠转动促使滚珠丝杠螺母前后运动即控制第二级伸缩悬臂的伸缩运动也同时控制钢丝绳的转动，从而钢丝绳牵引着第一级伸缩悬臂做伸缩运动，内部钢丝绳的正转反转从而控制着第一级伸缩悬臂的伸出和收缩，三级伸缩悬臂的末端位置处均设置有由舵机控制的可控旋转支腿结构装置，起到辅助支撑各级悬臂结构加强整个喷涂机器人作业时稳定性作用从而能保证更高精度的喷涂作业。

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