CN116273608B - 一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，涉及喷涂机器人领域，包括刚柔耦合可变形支架、喷头组件和喷枪底座。刚柔耦合可变形支架用于连接喷头组件和喷枪底座，并通过电机控制实现喷枪轴向伸缩变形、弯曲变形和截面积增大或缩小变形；喷头组件的分区式喷孔可配合弹性供漆管管径的改变调整喷枪喷幅；喷枪底座中设有驱动刚柔耦合可变形支架变形的驱动单元和供漆组件。本发明可控制喷枪发生变形实现变幅喷涂，刚柔耦合结构具有高灵活性，解决了普通喷枪难以喷涂工件内腔以及狭窄角落等复杂区域的问题。

Description

一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置

技术领域

本发明涉及喷涂机器人领域，具体是一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置。

背景技术

喷涂机器人作为智能机器人在工业制造领域的一个重要分支，广泛应用于汽车、船舶以及航空航天等领域，对于作业环境的改善以及生产效率的提高起到了很大的作用。目前，我国对车辆、飞机行业的智能化单色喷涂技术手段已较为成熟，但在复杂构件个性化图案多色喷涂方面的发展基础和能力还较为薄弱。对于传统喷涂机器人来说，其末端执行器大都为刚性空气喷枪，它们的喷涂作业目标往往只能是对较为平整宽阔的工件外表面的单色喷涂，对一些工件的狭窄角落以及内部表面难以实现均匀稳定的喷涂，也无法高效喷涂多色复杂图案。

国内外喷枪多为刚性结构，装于自动化执行机构上实施喷涂作业，而喷枪本身不具备变形和位姿调整功能。例如，申请公开号为CN217856885U的中国发明专利：一种喷涂车间用自动喷枪。该发明是将一种升降机构与喷枪相结合，让喷枪在一定范围内能够上下运动，一定程度上提升了喷枪的活动范围，但受限于喷枪本身灵活性不够，无法实现喷枪本身的弯曲、伸缩，也无法根据需要使喷枪进行变径变形，难以解决狭窄角落和工件内腔等复杂环境下的喷涂问题。

发明内容

本发明提供了一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，以解决现有技术喷涂机器人用喷枪存在的无法伸缩变形、弯曲变形、变径变形的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，包括刚柔耦合可变形支架(1)、喷头组件(2)、喷枪底座(3)，还包括供漆组件，其中：

所述刚柔耦合可变形支架(1)包括N个刚柔耦合弹性分体(101)，N≥2，N个刚柔耦合弹性分体(101)沿环向分布，环向上相邻的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间设有双头螺纹杆(102)，所述双头螺纹杆(102)的螺纹分为旋向相反的两段螺纹段，双头螺纹杆(102)的两段螺纹段分别转动安装于对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)，各个刚柔耦合弹性分体(101)相同方向一端分别各自通过运动支撑件连接于喷枪底座(3)；每个刚柔耦合弹性分体(101)均可弹性弯曲变形以及弹性伸缩变形并在弹性作用下恢复原形，由此使所述刚柔耦合可变形支架整体可弯曲变形以及伸缩变形并恢复原形；所述双头螺纹杆(102)转动时使对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)做远离刚柔耦合可变形支架中心轴线的运动或者是靠近刚柔耦合可变形支架中心轴线的运动，由此令所述刚柔耦合可变形支架可做使垂直于自身中心轴线的截面面积增大或缩小的变截面积变形；

所述喷头组件(2)包括若干喷嘴(202)和用于安装喷嘴(202)的喷嘴安装件，所述刚柔耦合可变形支架(1)中，各个刚柔耦合弹性分体(101)相同方向另一端分别各自通过运动支撑件连接于喷嘴安装件；

所述供漆组件用于向所述喷头组件(2)中的各个喷嘴(202)输送喷漆。

进一步的，所述刚柔耦合可变形支架(1)其分为M层刚性环体(1011)，M≥2，每个刚性环体(1011)分别在环向上均分为N个刚性子体(1014)，由N个刚性子体(1014)按环向组合形成对应刚性环体(1011)，每层刚性环体(1011)中环向相邻的两个刚性子体(1014)之间分别设有所述双头螺纹杆(102)，双头螺纹杆(102)的两段螺纹段分别转动安装于对应的两个刚性子体(1014)；

M层刚性环体(1011)中的刚性子体(1014)环向位置呈一一对应，以每环向位置对应的M层刚性子体(1014)为一个子体组，由此各层刚性环体(1011)中的刚性子体(1014)共形成N个子体组，每个子体组分别包含M层刚性子体(1014)；

每个子体组中相邻两层刚性子体(1014)之间设有至少一个刚性伸缩件(1012)、至少两个弹性件(1013)，所述刚性伸缩件(1012)两端分别球铰接于对应的两层刚性子体(1014)，所述弹性件(1013)两端固定连接于对应的两层刚性子体(1014)，由每个子体组中的M层刚性子体(1014)以及刚性伸缩件(1012)、弹性件(1013)形成所述刚柔耦合弹性分体(101)，由此得到N个刚柔耦合弹性分体(101)，并由首层、末层的刚性子体(1014)分别作为对应刚柔耦合弹性分体(101)的端部。

进一步的，还包括柔性驱动单元，所述柔性驱动单元设置于喷枪底座(3)，柔性驱动单元通过柔性连接件连接于各个刚柔耦合弹性分体(101)用于连接所述喷嘴安装件的一端，由柔性驱动单元通过柔性连接件拉拽作用于所述刚柔耦合弹性分体(101)，以驱动所述刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形；且当所述柔性驱动单元驱动所有刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形时，所述刚柔耦合可变形支架整体收缩变形；当所述柔性驱动单元驱动其中部分刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形时，其余刚性耦合弹性分体(101)被动弹性弯曲变形，以使所述刚柔耦合可变形支架整体弯曲变形。

进一步的，所述柔性驱动单元包括N个双输出电机(301)，N个双输出电机(301)沿环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间位置，每个双输出电机(301)的两个输出轴分别绕装有作为所述柔性连接件的绳索(303)；

每个双输出电机(301)绕装的其中一个绳索(303)穿入对应的其中一个刚柔耦合弹性分体(101)，每个双输出电机(301)绕装的另一个绳索(303)穿入对应的另一个刚柔耦合弹性分体(101)，且各个绳索(303)的端部分别固定于对应穿入的刚柔耦合弹性分体(101)用于连接所述喷嘴安装件的一端。

进一步的，还包括转动驱动单元，转动驱动单元设置于喷枪底座(3)，所述转动驱动单元通过传动件连接各个双头螺纹杆(102)，由转动驱动单元通过传动件驱动所述双头螺纹杆(102)转动。

进一步的，所述转动驱动单元包括N个单输出电机(304)，N个单输出电机(304)沿环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间位置，每个单输出电机(304)的输出轴分别绕装有作为所述传动件的传动带(306)，且每个单输出电机(304)绕装的传动带(306)数量与单输出电机(304)对应的环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间双头螺纹杆(102)数量相同；

每个单输出电机(304)的传动带(306)一一对应绕装于对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间的双头螺纹杆(102)，由此通过传动带(306)传动连接每个单输出电机(304)及单输出电机(304)对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间的各个双头螺纹杆(102)，并由每个单输出电机(304)通过传动带(306)驱动对应的各个双头螺纹杆(102)转动。

进一步的，所述供漆组件包括弹性供漆管(5)，所述弹性供漆管(5)穿过所述刚柔耦合可变形支架(1)包围的区域，并且弹性供漆管(5)的管口连通所述喷头组件(2)中的各个喷嘴(202)，由供漆组件通过弹性供漆管(5)将漆液输送至所述喷嘴(202)；

所述刚柔耦合可变形支架(1)中，每个刚柔耦合弹性分体(101)的内侧面分别通过连接件(1015)与弹性供漆管(5)的周向外侧面连接，由此所述刚柔耦合弹性分体(101)做远离刚柔耦合可变形支架(1)中心轴线的运动或者是靠近刚柔耦合可变形支架(1)中心轴线的运动时，所述弹性供漆管(5)呈管径增大变形或管径缩小变形。

进一步的，所述喷嘴安装件一个盘面沿环向分为N个喷漆区，每个喷漆区分别设有若干喷嘴(202)，喷头盘(201)另一个盘面对应于每个喷漆区位置分别设有凹槽(204)，每个凹槽(204)内分别具有若干进漆口(203)，每个喷漆区的各个喷嘴(202)一一对应与对应位置凹槽(204)内的进漆口(203)连通；

所述弹性供漆管(5)有N个，N个弹性供漆管的管口一一对应接触于喷头盘(201)另一个盘面的凹槽(204)内，并且弹性供漆管(5)的管口面积覆盖连通对应凹槽(204)中的部分进漆口(203)，N个刚柔耦合弹性分体(101)的内侧面通过所述连接件(1015)一一对应与N个弹性供漆管(5)周向侧面连接，并且相邻的弹性供漆管(5)侧壁之间连接，由此使N个弹性供漆管(5)相互并联连接。

本发明中，喷枪装置的主体为一个刚柔耦合可变形支架，该刚柔耦合可变形支架是由多个刚柔耦合弹性分体沿环向组装而成，每个刚柔耦合弹性分体均可弹性伸缩和弯曲变形，通过柔性驱动单元的拉拽作用于刚柔耦合弹性分体，由此可使刚柔耦合可变形支架实现伸缩变形、弯曲变形。环向相邻的刚柔耦合弹性分体之间转动安装双头螺纹杆，通过转动驱动单元驱动双头螺纹杆转动，由此可使环向上的各个刚柔耦合弹性分体作收缩或扩张运动，进而使整个刚柔耦合可变形支架实现截面积减小或扩大的变形。

刚柔耦合可变形支架中，由同一环向上N刚性子体分别组成刚性环体，由环向上位置对应的各个刚性子体以及刚性伸缩件、弹性件组成刚柔耦合弹性分体，整个结构为框架结构，具有良好的刚柔耦合结构特性。

本发明中，通过刚柔耦合可变形支架连接喷头组件和喷枪底座，基于上述刚柔耦合可变形支架的结构，使整个喷枪可以根据需要调整长度以及实现弯曲、变径。

本发明中，弹性供漆管通过连接件与各个刚柔耦合弹性分体连接，由此刚柔耦合弹性分体伸长、弯曲时弹性供漆管随之伸长、弯曲，并且当各个刚柔耦合弹性分体作收缩或扩张运动，使整个刚柔耦合可变形支架截面积减小或扩大时，弹性供漆管同样呈现管径减小或增大的变形，由此可根据需要调节弹性供漆管管径，进而实现对漆液流量的调节，最终通过调节漆液流量实现调节喷枪喷幅的功能。

本发明的喷枪中，喷头组件为多孔喷头结构，喷嘴安装件上的喷嘴分区设置，相适应的采用多个弹性供漆管分别向对应分区的喷嘴输送漆液，每个弹性供漆管随着刚性子体的运动受到牵拉，同时每个弹性供漆管受到相邻的其余弹性供漆管牵拉，可使每个弹性供漆管的管径均可减小或增大变形，由此可实现精细化喷幅可调的喷涂作业。

本发明采用绳索、传动带等柔性驱动方式驱动刚柔耦合可变形支架变形，因此刚柔耦合可变形支架用于喷涂机器人的喷枪时，能够在满足刚柔耦合结构特性要求的基础上，实现整个喷枪变形的控制调节。

本发明外形可控制发生变形，具有刚柔耦合高灵活性，解决了工件内腔以及狭窄角落等普通喷枪难以喷涂的表面的喷涂问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明采用多组刚性伸缩件、弹性件串接的连续喷枪结构，使喷枪本体能够进行弯曲、扭转运动，可运动至不同位姿进行喷涂，提高了喷枪在喷涂复杂构件时的灵活度，增强了对非结构化喷涂作业环境的适应性；

2、本发明可通过柔索驱动刚柔耦合可变形支架实现喷枪粗细、长短变化和弯曲变形，确保喷枪能够穿过复杂工件的狭小孔洞，对其内部进行喷涂，能够适应复杂内部腔道的喷涂应用场景；

3、本发明采用多孔喷头结构，使喷枪能够在进行多色复杂图案喷涂作业时，根据任务需求随时改变喷幅的大小，无需提前遮蔽工件，即可完成复杂工件表面和内部腔道的个性化图案多色喷涂，能够大幅提升多色图案喷涂作业精细度和工作效率。

附图说明

图1是本发明喷枪初始结构示意图。

图2是本发明中喷枪底座、刚柔耦合可变形支架、喷头组件结构分解示意图。

图3是本发明刚柔耦合可变形支架初始状态图(未加装刚性伸缩件)。

图4是本发明刚柔耦合可变形支架扩径状态图。

图5是本发明刚柔耦合可变形支架中相邻刚柔刚性环体连接结构图。

图6是本发明刚柔耦合可变形支架中刚性环体结构图。

图7是本发明刚柔耦合可变形支架中每个子体组内相邻刚性子体连接局部示意图。

图8是本发明刚柔耦合可变形支架中刚性伸缩件结构示意图。

图9是本发明喷枪中喷头组件结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为仰视图。

图10是本发明喷枪中第一导轨副结构示意图。

图11是本发明喷枪中喷枪底座结构示意图。

图12是本发明喷枪中驱动供漆安装环板安装结构示意图。

图13是本发明刚柔耦合可变形支架中驱动单元连接结构局部原理图。

图14是本发明刚柔耦合可变形支架中驱动单元连接结构局部放大图。

图15是本发明中双输出电机结构示意图。

图16是本发明中单输出电机结构示意图。

图17是本发明喷枪工作方法流程框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

如图1、图2所示，本实施例公开了一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，包括刚柔耦合可变形支架1，以及喷头组件2、喷枪底座3、供漆组件，刚柔耦合可变形支架1用于连接喷头组件2、喷枪底座3。在整个喷枪处于初始未变形状态时，刚柔耦合可变形支架1、喷头组件2、喷枪底座3三者呈同轴。

本实施例中，刚柔耦合可变形支架1其未变形时为环柱结构，本实施例以圆环柱结构的刚柔耦合可变形支架1为例进行说明，但需要说明的是本实施例中的环柱结构并不排除其他诸如方环柱、六边形环柱等规则形柱状结构，其他规则形柱状结构也应当视为落入本发明权利要求保护范围之内。

如图3、图4、图5所示，刚柔耦合可变形支架1包括M层同轴分布的刚性环体1011，M≥2，本实施例以M＝4为例进行说明。在整个刚柔耦合可变形支架1处于初始未变形状态时，4层刚性环体1011呈同轴直线分布。每层刚性环体1011分别在环向上等角度均分为N个刚性子体1014，本实施例以N＝4为例进行说明，因此每个刚性子体1014均为弧形体，弧形体的圆弧角度为90度，4个刚性子体1014按环向组合形成对应层刚性环体1011。在其他情况下也可根据需要将N设置为其他数值，由此相应每个刚性子体1014的圆弧角度为360度/N。

图6所示，每层刚性环体1011中，任意环向相邻的两个刚性子体1014之间分别设有至少一个双头螺纹杆102，本实施例中以一个双头螺纹杆为例进行说明，每个双头螺纹杆102的中间位置同轴固定有从动带轮1021，并以从动带轮1021为分界将螺纹杆102周向外壁的螺纹分为两段，两段螺纹段的旋向相反。每个双头螺纹杆102的一个螺纹段螺合安装于对应的其中一个刚性子体1014端部内，每个双头螺纹杆102的另一个螺纹段螺合安装于对应的另外一个刚性子体1014端部内。

如图5、图7所示，在整个喷枪处于初始未变形状态时，4层刚性环体1011中各个刚性子体1014的环向位置一一对应，并由环向位置对应的4层刚性子体1014作为一个子体组，由此共得到N＝4个子体组，每个子体组分别包含4层刚性子体1014。每个子体组中，相邻两层刚性子体1014之间设有1个刚性伸缩件1012、两个弹性件1013。其中刚性伸缩件1012设于对应的相邻两层刚性子体1014中间位置之间，两个弹性件1013分别位于对应的相邻两层刚性子体1014端部之间。

如图8所示，本实施例中，刚性伸缩件1012为活塞缸组件，该活塞缸组件可为液压活塞缸、气压活塞缸、阻尼缸、内置弹簧的弹簧活塞缸等具有刚性并可实现伸缩的结构。本实施例以弹簧活塞缸为例进行说明，但其他结构的活塞缸也应当视为落入本发明权利要求保护范围之内。刚性伸缩件1012包括活塞缸10121、活塞杆10122、活塞10123、弹簧10124，活塞10123滑动安装于活塞缸10121内部，活塞杆10122一端进入活塞缸10121内部并与活塞10123同轴固定连接，活塞杆10122另一端作为穿出端位于活塞缸10121的缸口外，弹簧10124一端固定于活塞10123未连接活塞杆10122的一面，弹簧10124另一端固定于活塞缸10121的缸体端。本实施例中，刚性伸缩件1012对应的相邻两层刚性子体1014中间位置分别设有凸台10141，凸台10141中设有球窝，刚性伸缩件1012中活塞杆10122穿出端、活塞缸10121的缸体端分别各自转动安装有球铰10125，刚性伸缩件1012的两端球铰10125分别铰接于对应的相邻两层刚性子体1014中间位置球窝中。

本实施例中，弹性件1013为高刚度弹簧，高刚度弹簧两端分别固定于对应的相邻两层刚性子体1014对应端部位置。

每个子体组中相邻两层刚性子体1014之间通过1个刚性伸缩件1012、两个弹性件1013连接后，由此形成刚柔耦合弹性分体101。由首层、末层的刚性子体分别作为对应刚柔耦合弹性分体101的端部。

本实施例中总共得到4个刚柔耦合弹性分体101，4个刚柔耦合弹性分体101在环向上组合形成圆环柱结构。由于每个刚柔耦合弹性分体101中相邻两层刚性子体1014之间均是通过1个刚性伸缩件1012、两个弹性件1013连接的，因此每个刚柔耦合弹性分体101均可实现轴向弹性伸缩，当轴向伸长时刚性伸缩件1012、弹性件1013均被拉伸，当轴向缩短时刚性伸缩件1012、弹性件1013缩短。当4个刚柔耦合弹性分体101整体轴向弹性伸长时，刚柔耦合可变形支架1整体呈伸长变形，当4个刚柔耦合弹性分体101整体轴向弹性缩短时，刚柔耦合可变形支架1整体呈收缩变形，由此，本实施例中的刚柔耦合可变形支架1具备轴向伸缩变形能力，并利用刚柔耦合弹性分体101中刚性伸缩件1012内部弹簧10124、弹性件1013的弹性力使刚柔耦合可变形支架1恢复原形。

由于每个刚柔耦合弹性分体101中相邻两层刚性子体1014之间的弹性件1013可弯曲变形，并且相邻两层刚性子体1014之间的刚性伸缩件1012是以球铰方式连接刚性子体1014的，因此每个刚柔耦合弹性分体101均可实现弹性弯曲，当刚柔耦合弹性分体101弹性弯曲时弹性件1013呈弯曲状态，而刚性伸缩件1012通过球铰呈倾斜姿态。由此，本实施例中的刚柔耦合可变形支架1具备弯曲变形能力，并利用刚柔耦合弹性分体101中弹性件1013的弹性力使刚柔耦合可变形支架1恢复原形。

综上可知，本实施例中，每个刚柔耦合弹性分体101均具备在弹性力作用下恢复原形的能力。由此，本实施例中的刚柔耦合可变形支架1具备恢复原形的能力。

本实施例中，当各个刚性环体1011中相邻刚性子体1014之间双头螺纹杆102转动时，可使相邻的两个刚性子体1014分别各自作远离或接近刚性环体1011中心轴线的运动，进而使对应的刚性环体1011呈扩径或缩径。当各个刚性环体1011同步均扩径或缩径，各个刚柔耦合弹性分体101作远离或接近圆环柱结构中心轴线的运动，刚柔耦合可变形支架1整体呈扩径或缩径变形，由此可改变刚柔耦合可变形支架1径向截面的面积。通过上述过程，可实现本实施例中刚柔耦合可变形支架1的截面变面积变形和恢复原形。

本实施例中，喷头组件2包括作为喷嘴安装件的喷头盘201，喷头盘201的一个盘面作为工作面设有若干喷嘴202，喷头盘201的另一个盘面作为安装面设有若干进漆口203，喷头盘201内部设有若干流道，喷嘴202、进漆口203、流道数量相同，喷嘴202一一对应通过设于喷头盘201内部的流道与进漆口203连通。喷头盘201位于刚柔耦合可变形支架1中首层的刚性环体1011外，即位于各个刚柔耦合弹性分体101中首层刚性子体1014外。每个刚柔耦合弹性分体101中首层刚性子体1014分别各自通过作为运动支撑件的第一导轨副401与喷头盘201的安装面连接，由第一导轨副401支持对应刚柔耦合弹性分体101作远离或接近圆环柱结构中心轴线的运动。

如图10所示，具体的，第一导轨副401包括均包括滑块4001和导轨4002，导轨4002为多级导轨，多级导轨中上一级导轨嵌入滑动安装于下一级导轨中，滑块4001滑动安装于最上级的导轨中。通过多级导轨结构，使第一导轨副401具备足够的运动行程和实现无极滑动。本实施例中，第一导轨副401中的滑块4001固定于对应的刚柔耦合弹性分体101中首层刚性子体1014端面，导轨4002中的最下级导轨固定于喷头盘201的安装面，并且每个第一导轨副401中的导轨方向均与对应的刚性子体1014运动方向平行。

作为对本实施例中第一导轨副401的改进，本实施例第一导轨副401中每一级导轨均为凹槽结构，上一级导轨嵌入滑动安装于下一级导轨内，滑块4001滑动安装于最上级导轨凹槽内。下一级导轨的两个内侧面分别设有平行于导轨的导向棱4003，上一级导轨的两个外侧面分别设有平行于导轨的导向槽，当上一级导轨嵌入滑动安装于下一级导轨中时，下一级导轨内侧面的导向棱4003插入至上一级导轨外侧面的导向槽中，由此起到相邻级导轨之间的导向作用。

作为对本实施例中第一导轨副401的改进，本实施例第一导轨副401的上一级导轨的底部设有限位块，下一级导轨的凹槽槽底设有平行于导轨的限位长槽，当上一级导轨嵌入滑动安装于下一级导轨中时，上一级导轨底部的限位块滑动装配于下一级导轨凹槽槽底限位长槽中，由此通过限位长槽和限位块配合，使上一级导轨只能部分伸出下一级导轨，不能从下一级导轨脱离。

作为对本实施例中第一导轨副401的改进，本实施例最上级导轨的凹槽槽底设有平行于导轨的限位长槽，滑块4001的底部设有限位块，当滑块4001滑动安装于最上级导轨凹槽内时，滑块4001底部的限位块滑动装配于最上级导轨凹槽槽底的限位长槽中，由此通过限位长槽和限位块配合，使滑块4001只能在最上级导轨内滑动。

本实施例中，喷枪底座3为圆筒结构，其筒口作为安装口，安装口中固定有导轨副安装环板307，筒内位于导轨副安装环板307下方位置固定有驱动供漆安装环板308。刚柔耦合可变形支架1中，末层的刚性环体1011伸入喷枪底座3的安装口内，即各个刚柔耦合弹性分体101末层的刚性子体1014伸入喷枪底座3的安装口内。每个刚柔耦合弹性分体101中末层刚性子体1014分别各自通过作为运动支撑件的第二导轨副402与导轨副安装环板307连接，由第二导轨副402支持对应刚柔耦合弹性分体101作远离或接近圆环柱结构中心轴线的运动。本实施例中第二导轨副402结构与第导轨副401完全相同，第二导轨副402的滑块固定于对应刚柔耦合弹性分体101中末层刚性子体1014端面，第二导轨副402的最下级导轨固定于导轨副安装环板307，并且每个第二导轨副402中的导轨方向均与对应的刚性子体1014运动方向平行。

本实施例还包括用于驱动刚柔耦合可变形支架1变形的柔性驱动单元、转动驱动单元。

如图12、13、图14、图15所示，柔性驱动单元包括N＝4个双输出电机301，4个双输出电机301呈环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间位置。每个双输出电机301的两个输出轴分别固定安装有绕线器302，每个绕线器302分别绕有作为柔性连接件的绳索303。每个双输出电机301对应的第一个绳索303穿过对应的其中一个刚柔耦合弹性分体101的末层刚性子体1014对应端部位置后，再穿过对应的其中一个刚柔耦合弹性分体101的另外两层刚性子体1014对应端部位置，第一个绳索303的端部最终固定于对应的其中一个刚柔耦合弹性分体101的首端即首层刚性子体1014。同样的，每个双输出电机301对应的第二个绳索穿过对应的另一个刚柔耦合弹性分体101的末层刚性子体1014对应端部位置后，再穿过对应的另一个刚柔耦合弹性分体101的另外两层刚性子体1014对应端部位置，第二个绳索的端部最终固定于对应的另一个刚柔耦合弹性分体101的首端即首层刚性子体1014端部。并且每个绳索303均从刚性子体1014对应端部位置的弹簧中穿过。

本实施例中，双输出电机301均为输出轴可转动并伸缩的电机。当每个双输出电机301工作时收回绳索，通过绳索303拉拽对应的两个刚柔耦合弹性分体101中首层的刚性子体1014端部位置，由此当所有双输出电机301同步工作时，可拉拽所有刚柔耦合弹性分体101中的首层刚性子体1014，使所有刚柔耦合弹性分体101作轴向弹性收缩变形，进而实现刚柔耦合可变形支架1的轴向收缩。当双输出电机301放出绳索时，各个刚柔耦合弹性分体101中首层刚性子体1014不再受拉拽力作用，此时利用每个刚柔耦合弹性分体101中刚性伸缩件1012内部弹簧10124、弹性件1013的弹性力使刚柔耦合弹性分体101恢复原形，进而使刚柔耦合可变形支架1恢复原形。基于上述方式，可由柔性驱动单元驱动刚柔耦合可变形支架1实现伸缩变形并恢复原形。

本实施例中，当其中1个、或2个、或3个双输出电机301工作时收回绳索，通过绳索303拉拽对应的刚柔耦合弹性分体101中首层刚性子体1014，由此当1个、或2个、或3个双输出电机301同步工作时，使对应的刚柔耦合弹性分体101作弹性收缩变形，而未被拉拽的刚柔耦合弹性分体101则被动弹性弯曲变形，此时可实现刚柔耦合可变形支架1的弯曲变形。当之前收回绳索的双输出电机301放出绳索时，之前弹性收缩变形的各个刚柔耦合弹性分体101恢复原形，而之前被动弹性弯曲变形的刚柔耦合弹性分体101也恢复原形，进而使刚柔耦合可变形支架1恢复原形。基于上述方式，可由柔性驱动单元驱动刚柔耦合可变形支架1实现弯曲变形并恢复原形。

如图12、图13、图14、图16所示，转动驱动单元包括4个单输出电机304，4个单输出电机304呈环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间位置。每个单输出电机304的输出轴分别固定安装有主动带轮305。每个主动带轮305中有四道轮槽，四道轮槽中分别各自安装有作为传动件的粗面圆传动带306，并且每个主动带轮305对应的四条粗面圆传动带306长度不同，每个主动带轮305对应的四条长度不同的粗面圆传动带306一一对应用于连接该主动带轮305对应的相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间不同层位置的四个双头螺纹杆102上的从动带轮1021。具体的，每个主动带轮305对应的四条粗面圆传动带306中，最短的粗面圆传动带另一端直接绕于该主动带轮305对应的相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间最末层的双头螺纹杆的从动带轮1021滚槽中；次短的粗面圆传动带穿过该主动带轮305对应的相邻两个刚柔耦合弹性分体101中最末层的的刚性子体的通孔后，再与第二层的双头螺纹杆相连；依次类推，不同长度的传动带可与对应的相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间不同层的双头螺纹杆102相连，由此通过四个不同长度的传动带306传动连接每个主动带轮305及主动带轮305对应的相邻两个刚柔耦合弹性分体101之间的四个双头螺纹杆102，并由每个单输出电机304通过主动带轮305、四个传动带306驱动对应的四个双头螺纹杆102转动。

本实施例中，4个单输出电机304同步工作时，可使所有双头螺纹杆12转动。由此每层的刚性环体1011中各个刚性子体1014均扩径或缩径，即使每个刚柔耦合弹性分体101作远离或接近圆环柱结构中心轴线的运动，由此刚柔耦合可变形支架1整体呈扩径或缩径变形，进而实现刚柔耦合可变形支架1的截面变面积变形和恢复原形。当刚柔耦合可变形支架1呈扩径或缩径变形时，由于双输出电机301均为输出轴可转动并伸缩的电机，因此双输出电机301的输出轴可随之伸缩，故不会由于刚柔耦合可变形支架1的扩径或缩径变形导致对双输出电机301的干扰。

本实施例中的供漆组件、柔性驱动单元的各个双输出电机301、转动驱动单元的各个单输出电机304均安装于喷枪底座3中的驱动供漆安装环板308。并且，喷枪底座3中的导轨副安装环板307设有槽口，供柔性驱动单元中双输出电机301绕装的的绳索303以及转动驱动单元中单输出电机304绕装的传动带306上穿穿过。

如图1、图2、图12所示，本实施例中，供漆组件包括固定于驱动供漆安装环板308的电磁阀309。电磁阀309的进口端用于连接外部漆液供漆泵，电磁阀309的出口端连接有弹性供漆管5，该弹性供漆管5穿过刚柔耦合可变形支架1包围的环内区域后，弹性供漆管5的管口对接接触于喷头组件2中喷头盘201的安装面，并且弹性供漆管5的管口覆盖并连通安装面中间区域的若干进漆口203。外部漆液供漆泵输出的漆液经过电磁阀309、弹性供漆管5输送至喷嘴202。

如图1、图2、图6所示，本实施例中，弹性供漆管5的周向外表面通过连接件1015与每个刚柔耦合弹性分体101的内侧面连接。具体的每个刚柔耦合弹性分体101中，以各个刚性子体1014的内侧面(即朝向中心的内弧面)作为该刚柔耦合弹性分体101的内侧面，每个刚性子体1014的内侧面通过连接件1015与弹性供漆管5的周向外表面连接。由此当各个刚柔耦合弹性分体101作远离圆环柱结构中心轴线的运动或者是靠近圆环柱结构中心轴线的运动时，弹性供漆管5周向外表面被拉扯，使弹性供漆管5呈管径增大变形或管径缩小变形。当弹性供漆管5管径变化时，其内部流量变化，弹性供漆管5管口覆盖面积变化，管口覆盖的进漆口203数量变化，由此可实现漆液输送量的控制，进而实现喷枪喷幅的控制。

作为对本实施例的进一步改进，每个刚柔耦合弹性分体101中各个刚性子体1014的内侧面分别具有弧形的滑道1016，由此每个刚柔耦合弹性分体101内侧面形成沿轴向的四层滑道1016，每层滑道1016中分别滑动装配至少一个连接件1015，每层的连接件1015均固定连接弹性供漆管5的周向外表面。通过使连接件1015形成滑动连接件，可在弹性供漆管5径向变形时通过连接件1015的滑动避免拉扯作用力全部集中于弹性供漆管5连接点，导致弹性供漆管5侧壁损坏的问题。

如图9所示，作为对本实施例的进一步改进，本实施例中喷头盘201的工作面沿环向分为N＝4个喷漆区，每个喷漆区均为纺锤形凸起205，每个纺锤形凸起205分别设有若干喷嘴202。喷头盘201的安装面对应于每个纺锤形凸起205位置分别设有纺锤形凹槽204，每个纺锤形凹槽204内分别具有若干进漆口203，每个纺锤形凸起205的各个喷嘴202一一对应与对应位置的纺锤形凹槽204内的进漆口203连通，喷头盘201的安装面避开各个纺锤形凹槽204位置具有安装槽206用于安装第一导轨副401的导轨4002。弹性供漆管5有四个，四个弹性供漆管5的管口一一对应接触于喷头盘201安装面的纺锤形凹槽204中，并且每个弹性供漆管5的管口面积覆盖连通对应纺锤形凹槽204中的部分进漆口203，四个刚柔耦合弹性分体101的内侧面通过连接件1015一一对应与四个弹性供漆管5周向外表面连接，并且相邻的弹性供漆管5周向外表面之间通过挂耳和绳索连接，由此使四个弹性供漆管5相互并联。四个弹性供漆管5对应的电磁阀309同样有四个，通过四个电磁阀309可向四个喷漆区输送不同颜色的漆液，并且通过调节其中任意一个刚柔耦合弹性分体101运动时，可令对应的弹性供漆管5管径改变，由此实现喷幅的改变，进而使喷枪能够对图案边缘或细节方面做出较为细致的喷涂，实现颜色的精细化控制。

实施例二

如图17所示，本实施例公开了上述实施例一所述的用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1、将喷枪安装至喷涂机器人末端；

步骤2、将待喷涂图案导入喷涂机器人系统中；

步骤3、扫描识别待喷涂工件表面特征，判断待喷表面是否为简单场景；

步骤4、根据待喷表面的情况分别进行下一步设置：若待喷表面为开阔、平坦、外露的较简单表面，则对喷枪尺寸没有限制，进一步判断待喷图案是否为颜色单一、形状规则的图案。如果图案简单则直接设定喷枪采取最大直径进行喷涂效率最高，如果图案复杂即有多种颜色形状则设定喷枪根据不同颜色和形状进行喷幅的改变；若待喷表面为狭小角落或内腔，那么设定喷枪采用最小尺寸让其可达待喷涂部位进行喷涂；

步骤5、喷涂机器人的控制系统加载设定好的喷涂程序；

1、喷枪按照所加载程序进行电机驱动：双输出电机301启动，驱动绕线器302旋转，四组双输出电机301分别经由固定在绕线器302上的绳索303在四个方向对刚柔耦合弹性分体101施加不同大小和方向的力，让刚柔耦合弹性分体101伸缩，进而控制喷枪整体的刚柔耦合可变形支架1进行弯曲、伸缩运动；

2、单输出电机304启动，驱动主动带轮305旋转并带动传动带306运动，从而带动双头螺纹杆102转动，驱动刚柔耦合弹性分体101远离或接近圆环柱结构中心轴线的运动，进而调整刚柔耦合可变形支架1的径向尺寸，即可改变喷枪的粗细和喷幅；

3、控制系统控制喷枪开启电磁阀309，按照规划好的喷涂轨迹，开始进行喷涂作业；

4、喷涂作业完成，电磁阀309关闭，喷涂机器人和喷枪复位。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，这种组合只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内以及不脱离本发明设计思想的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，包括刚柔耦合可变形支架(1)、喷头组件(2)、喷枪底座(3)，还包括供漆组件，其中：

所述刚柔耦合可变形支架(1)包括N个刚柔耦合弹性分体(101)，N≥2，N个刚柔耦合弹性分体(101)沿环向分布，环向上相邻的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间设有双头螺纹杆(102)，所述双头螺纹杆(102)的螺纹分为旋向相反的两段螺纹段，双头螺纹杆(102)的两段螺纹段分别转动安装于对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)，各个刚柔耦合弹性分体(101)相同方向一端分别各自通过运动支撑件连接于喷枪底座(3)；每个刚柔耦合弹性分体(101)均可弹性弯曲变形以及弹性伸缩变形并在弹性作用下恢复原形，由此使所述刚柔耦合可变形支架整体可弯曲变形以及伸缩变形并恢复原形；所述双头螺纹杆(102)转动时使对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)做远离刚柔耦合可变形支架中心轴线的运动或者是靠近刚柔耦合可变形支架中心轴线的运动，由此令所述刚柔耦合可变形支架可做使垂直于自身中心轴线的截面面积增大或缩小的变截面积变形；

所述喷头组件(2)包括若干喷嘴(202)和用于安装喷嘴(202)的喷嘴安装件，所述刚柔耦合可变形支架(1)中，各个刚柔耦合弹性分体(101)相同方向另一端分别各自通过运动支撑件连接于喷嘴安装件；

所述供漆组件用于向所述喷头组件(2)中的各个喷嘴(202)输送喷漆。

2.根据权利要求1所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，所述刚柔耦合可变形支架(1)其分为M层刚性环体(1011)，M≥2，每个刚性环体(1011)分别在环向上均分为N个刚性子体(1014)，由N个刚性子体(1014)按环向组合形成对应刚性环体(1011)，每层刚性环体(1011)中环向相邻的两个刚性子体(1014)之间分别设有所述双头螺纹杆(102)，双头螺纹杆(102)的两段螺纹段分别转动安装于对应的两个刚性子体(1014)；

M层刚性环体(1011)中的刚性子体(1014)环向位置呈一一对应，以每环向位置对应的M层刚性子体(1014)为一个子体组，由此各层刚性环体(1011)中的刚性子体(1014)共形成N个子体组，每个子体组分别包含M层刚性子体(1014)；

每个子体组中相邻两层刚性子体(1014)之间设有至少一个刚性伸缩件(1012)、至少两个弹性件(1013)，所述刚性伸缩件(1012)两端分别球铰接于对应的两层刚性子体(1014)，所述弹性件(1013)两端固定连接于对应的两层刚性子体(1014)，由每个子体组中的M层刚性子体(1014)以及刚性伸缩件(1012)、弹性件(1013)形成所述刚柔耦合弹性分体(101)，由此得到N个刚柔耦合弹性分体(101)，并由首层、末层的刚性子体(1014)分别作为对应刚柔耦合弹性分体(101)的端部。

3.根据权利要求1所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，还包括柔性驱动单元，所述柔性驱动单元设置于喷枪底座(3)，柔性驱动单元通过柔性连接件连接于各个刚柔耦合弹性分体(101)用于连接所述喷嘴安装件的一端，由柔性驱动单元通过柔性连接件拉拽作用于所述刚柔耦合弹性分体(101)，以驱动所述刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形；且当所述柔性驱动单元驱动所有刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形时，所述刚柔耦合可变形支架整体收缩变形；当所述柔性驱动单元驱动其中部分刚柔耦合弹性分体(101)弹性收缩变形时，其余刚性耦合弹性分体(101)被动弹性弯曲变形，以使所述刚柔耦合可变形支架整体弯曲变形。

4.根据权利要求3所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，所述柔性驱动单元包括N个双输出电机(301)，N个双输出电机(301)沿环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间位置，每个双输出电机(301)的两个输出轴分别绕装有作为所述柔性连接件的绳索(303)；

每个双输出电机(301)绕装的其中一个绳索(303)穿入对应的其中一个刚柔耦合弹性分体(101)，每个双输出电机(301)绕装的另一个绳索(303)穿入对应的另一个刚柔耦合弹性分体(101)，且各个绳索(303)的端部分别固定于对应穿入的刚柔耦合弹性分体(101)用于连接所述喷嘴安装件的一端。

5.根据权利要求1所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，还包括转动驱动单元，转动驱动单元设置于喷枪底座(3)，所述转动驱动单元通过传动件连接各个双头螺纹杆(102)，由转动驱动单元通过传动件驱动所述双头螺纹杆(102)转动。

6.根据权利要求5所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，所述转动驱动单元包括N个单输出电机(304)，N个单输出电机(304)沿环向分布并且位置一一对应于环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间位置，每个单输出电机(304)的输出轴分别绕装有作为所述传动件的传动带(306)，且每个单输出电机(304)绕装的传动带(306)数量与单输出电机(304)对应的环向相邻两个刚柔耦合弹性分体(101)之间双头螺纹杆(102)数量相同；

每个单输出电机(304)的传动带(306)一一对应绕装于对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间的双头螺纹杆(102)，由此通过传动带(306)传动连接每个单输出电机(304)及单输出电机(304)对应的两个刚柔耦合弹性分体(101)之间的各个双头螺纹杆(102)，并由每个单输出电机(304)通过传动带(306)驱动对应的各个双头螺纹杆(102)转动。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，所述供漆组件包括弹性供漆管(5)，所述弹性供漆管(5)穿过所述刚柔耦合可变形支架(1)包围的区域，并且弹性供漆管(5)的管口连通所述喷头组件(2)中的各个喷嘴(202)，由供漆组件通过弹性供漆管(5)将漆液输送至所述喷嘴(202)；

所述刚柔耦合可变形支架(1)中，每个刚柔耦合弹性分体(101)的内侧面分别通过连接件(1015)与弹性供漆管(5)的周向外侧面连接，由此所述刚柔耦合弹性分体(101)做远离刚柔耦合可变形支架(1)中心轴线的运动或者是靠近刚柔耦合可变形支架(1)中心轴线的运动时，所述弹性供漆管(5)呈管径增大变形或管径缩小变形。

8.根据权利要求7所述的一种用于喷涂机器人的刚柔耦合可变尺寸多孔喷枪装置，其特征在于，所述喷嘴安装件一个盘面沿环向分为N个喷漆区，每个喷漆区分别设有若干喷嘴(202)，喷头盘(201)另一个盘面对应于每个喷漆区位置分别设有凹槽(204)，每个凹槽(204)内分别具有若干进漆口(203)，每个喷漆区的各个喷嘴(202)一一对应与对应位置凹槽(204)内的进漆口(203)连通；

所述弹性供漆管(5)有N个，N个弹性供漆管的管口一一对应接触于喷头盘(201)另一个盘面的凹槽(204)内，并且弹性供漆管(5)的管口面积覆盖连通对应凹槽(204)中的部分进漆口(203)，N个刚柔耦合弹性分体(101)的内侧面通过所述连接件(1015)一一对应与N个弹性供漆管(5)周向侧面连接，并且相邻的弹性供漆管(5)侧壁之间连接，由此使N个弹性供漆管(5)相互并联连接。