CN118122534A - 一种轨道式智能涂装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道式智能涂装机器人。它包括沿厂房一侧边缘纵向排布的一对轨道组、安装在该对轨道组之间并能够沿该对轨道组在厂房内纵向往复行走的旋转升降伸缩涂装机构，旋转升降伸缩涂装机构包括能够旋转并导向的旋转导向臂、安装在旋转导向臂上并能够在旋转导向臂的导向下往复运动的伸缩臂以及安装在伸缩臂末端的涂装机器人装置。优点是：有效避免了传统上交错布置的轨道影响现场施工作业的问题。使其具有非常高的自由度，可以有效对涂装区域进行覆盖，在该特定领域以及特定场合下使用效果非常好，效率也非常高。可直接实现喷漆与喷砂作业之间的转换，不仅提高了设备通用化程度，也降低了生产投资成本，进一步提高了使用效果。

Description

一种轨道式智能涂装机器人

技术领域

本发明涉及一种轨道交通桥梁涂装设备，具体地说是一种轨道式智能涂装机器人。

背景技术

随着我国交通建设步伐的加快，在多河流、多河段的情况下，桥梁建设需求迫切；作为桥梁主要承重部件的钢箱梁，是桥梁验收的一个重要指标。其防腐防锈质量直接决定桥梁的使用寿命；目前企业厂家多采用对其表面进行喷砂涂漆的方式保护梁体，延长桥梁使用寿命，其中喷漆作为喷涂处理的关键工序，可以增强钢材的耐腐蚀性和硬度，提升钢材的美观性。

近几年，随着桥梁交通行业的快速发展，钢箱梁涂装需求的增加及人们对健康、环保意识的不断增强，涂装生产线中工作环境差、劳动强度大的工序，将逐步面临用工紧张、成本高的双重困境，尤其是针对钢箱梁质量大，涂装面积多等情况，已有的涂装器械通常分为喷砂设备和涂漆设备两种独立的设备进行两种不同的作业工序，采用的两种设备的购置成本高，在工作时，两道工序之间衔接转换麻烦使得作业效率低，同时因为有多种设备占用空间大，另外，这两种设备，还面临着智能化程度低、移动不便、覆盖面低（即：存在大量死角，无法有效对整个空间进行涂装）、工人劳动强度大、作业环境差，涂装效率和质量不佳、环境污染严重等问题。

以喷漆设备为例：现有技术中也出现了各种各样的轨道式自动喷漆机器人以及行走自动喷漆机器人，对于常规的轨道式自动喷漆机器人来说，需要在整个工作场所大面积布置纵横交错的轨道，而交错布置的轨道影响了现场施工作业，同时设置在轨道上的行走机器人其自由度有限，依然无法有效对涂装区域进行覆盖，而对于行走自动喷漆机器人来说，虽然自由度灵活，不会大面积占用施工场地，但是存在行走机构大，制造成本高，举升高度不够，因此无法实现较高高度涂装需求等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种移动灵活、定位精确、覆盖率高并且能够有效提高涂装质量及涂装效率，大幅度减少劳动强度，节约时间，降低生产成本的轨道式智能涂装机器人。

为了解决上述技术问题，本发明的轨道式智能涂装机器人，包括沿厂房一侧边缘纵向排布的一对轨道组、安装在该对轨道组之间并能够沿该对轨道组在厂房内纵向往复行走的旋转升降伸缩涂装机构，旋转升降伸缩涂装机构包括能够旋转并导向的旋转导向臂、安装在旋转导向臂上并能够在旋转导向臂的导向下往复运动的伸缩臂以及安装在伸缩臂末端的涂装机器人装置，通过旋转导向臂在该对轨道组之间的纵向往复移动、旋转导向臂的旋转、伸缩臂的升降和伸缩能够使涂装机器人装置在厂房内进行多自由和多方位的喷漆涂装作业。

该对所述轨道组包括一对平行布置布置在厂房地面的下轨道和厂房顶面的上轨道以及与下轨道配合安装的下动力滑座、与上轨道配合安装的上动力滑座。

所述下轨道和上轨道均包括有支撑框架、支撑框架上安装的至少两条主导轨以及两条侧导轨，所述上动力滑座和下动力滑座均包括座体、座体上设置的安装架、座体上安装的用于与各条所述主导轨的导轨面配合的主撑滚轮以及安装架上安装的两对分别用于与各条侧导轨配合的侧撑滚轮。

所述旋转导向臂包括通过上轴承安装在上动力滑座上的上旋转盘、通过下轴承安装在下动力滑座上的下旋转盘以及安装上旋转盘和下旋转盘之间的导向柱。

所述伸缩臂包括套装在导向柱上的滑套、安装在滑套上的多节伸缩组件以及吊装在滑套上的吊装机构，通过所述吊装机构能够使滑套沿导向柱垂直升降。

所述涂装机器人装置包括安装在伸缩组件末端的安装座以及安装在安装座上的涂装机器人主体。

所述伸缩组件包括安装在滑套上的外筒以及与外筒配合安装的伸缩内臂，所述安装座固定安装在伸缩内臂的末端。

所述涂装机器人主体为喷漆机器人，它包括通过安装座安装的移动塔基、移动塔基上安装的回转塔台、回转塔台上安装的机械下臂、通过摆动手腕安装在机械下臂上的机械上臂以及安装在机械上臂上的喷漆枪头。

所述上旋转盘由安装在上动力滑座内的上旋转盘驱动电机驱动旋转，所述下旋转盘由安装在下动力滑座内的下旋转盘驱动电机驱动旋转。

所述上动力滑座和下动力滑座均由动力座驱动电机驱动动作，伸缩组件由伸缩驱动电机以及与伸缩驱动电机配套的齿轮齿条机构配合进行伸缩动作。

本发明的优点在于：

（1）通过直接在厂房的一侧边缘设置纵向排布的一对轨道组以及安装在该对轨道组之间并能够沿该对轨道组在厂房内纵向往复行走的旋转升降伸缩涂装机构，由此不再需要再整个工作场所全方位布置轨道，也就有效避免了传统上交错布置的轨道影响现场施工作业的问题。

（2）通过合理的旋转升降伸缩涂装机构的结构设计，利用旋转导向臂在轨道组之间的纵向往复移动、旋转导向臂的旋转、伸缩臂的升降和伸缩能够使涂装机器人装置在厂房内进行多自由和多方位的涂装作业，由此不但能够在整个工作场所内行走移动，而且该旋转升降伸缩涂装机构的结构设计本身就能够实现上下左右以及各个角度方向的涂装作业，由此使其具有非常高的自由度，可以有效对涂装区域进行覆盖，在该特定领域以及特定场合下使用效果非常好，效率也非常高。

（3）整个结构设计合理，可以根据具体使用场景更换机械臂以及喷枪等部件，由此可直接实现喷漆与喷砂作业之间的转换，不仅提高了设备通用化程度，也降低了生产投资成本，进一步提高了使用效果。

（4）通过对轨道组的特定结构设计，在涂装过程中，可保证平稳移动，提高涂装质量。

（5）伸缩组件的结构设计，使其横向行程大，与轨道组（纵向布置）和旋转导向臂共同保证涂装机器人的大范围稳定作业，该装置主要应用于钢箱梁外侧上、下风嘴的涂装作业，不仅具有移动灵活，定位精确，覆盖率高等特点，同时也提高了涂装质量及涂装效率，大幅度地解放了劳动力，节约时间，降低生产成本。

（6）整套结构设计相对简单，可以进行快速、大规模喷涂作业，使得喷漆工序的质量和安全性大大提高，同时对场地限制小，工作环境要求相对低，同时设备的组装、操作和维护较为便利，整体可行性高，在提高喷涂效率与质量、降低生产成本以及减少操作人员劳动强度的同时，降低了污染，保护了环境。

附图说明

图1为本发明轨道式智能涂装机器人的立体结构示意图；

图2为本发明轨道式智能涂装机器人的主视结构示意图；

图3为图2的A处放大结构示意图；

图4为图1的B处放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的轨道式智能涂装机器人作进一步详细说明。

如图所示，本发明的轨道式智能涂装机器人，特别适合风嘴喷涂作业的需要，它包括沿厂房一侧边缘纵向排布的一对轨道组、安装在该对轨道组之间并能够沿该对轨道组在厂房内纵向往复行走的旋转升降伸缩涂装机构3，由图可见，该对轨道组包括一对平行布置布置在厂房地面的下轨道1和厂房顶面的上轨道2以及与下轨道1配合安装的下动力滑座7、与上轨道2配合安装的上动力滑座8，下动力滑座7和上动力滑座8，上动力滑座8由上动力座驱动电机驱动沿上轨道2往复移动，下动力滑座7由下动力座驱动电机驱动沿下轨道1往复移动，从而实现了旋转升降伸缩喷漆机构3在整个厂房的纵向往复（即：厂房长度方向）移动，旋转升降伸缩涂装机构3包括能够旋转并导向的旋转导向臂4、安装在旋转导向臂上并能够在旋转导向臂的导向下往复运动的伸缩臂5以及安装在伸缩臂末端的涂装机器人装置6；

其中，旋转导向臂4包括通过上轴承安装在上动力滑座8上的上旋转盘17、通过下轴承安装在下动力滑座7上的下旋转盘18以及安装上旋转盘和下旋转盘之间的导向柱19，需要说明的是上旋转盘17的外表面设置有上环形齿条，上动力滑座8内设置有上旋转盘驱动电机，上旋转盘驱动电机上设置有与上环形齿条配合的齿轮，同理：下旋转盘18的外表面设置有下环形齿条，下动力滑座7内设置有下旋转盘驱动电机，下旋转盘驱动电机上设置有与下环形齿条配合的齿轮，由此可以使上旋转盘17由安装在上动力滑座8内的上旋转盘驱动电机驱动旋转，下旋转盘18由安装在下动力滑座7内的下旋转盘驱动电机驱动旋转，此种结构实现了旋转导向臂4的旋转，旋转导向臂4的旋转可以带动伸缩臂5以及涂装机器人装置6的水平摆动；

另外，所说的伸缩臂5包括套装在导向柱上的滑套20、安装在滑套上的多节伸缩组件21以及吊装在滑套上的吊装机构22，其中，伸缩组件21包括安装在滑套20上的外筒23以及与外筒配合安装并能够在外筒内伸缩的伸缩内臂24，伸缩组件21由伸缩驱动电机以及与伸缩驱动电机配套的齿轮齿条配合实现伸缩动作，通过伸缩组件21中伸缩内臂24在外筒23内的伸缩使涂装机器人装置6实现了在厂房内宽度方向（即：横向方向）的运动，同时通过吊装机构能够使滑套沿导向柱19垂直升降，从而实现伸缩组件21的升降，即：可以使涂装机器人装置6实现了在厂房内上下方向的运动；再者，所说的涂装机器人装置6包括安装在伸缩组件21末端的安装座22以及安装在安装座上的涂装机器人主体，由图可见，所说的安装座22固定安装在伸缩内臂的末端，由此通过旋转导向臂4在该对轨道组之间的纵向往复移动、旋转导向臂4的旋转、伸缩臂5的升降和伸缩能够使涂装机器人装置在厂房内进行多自由和多方位的喷漆涂装作业。

进一步地，所说的下轨道1和上轨道2均包括有支撑框架9、支撑框架上安装的两条主导轨11以及两条侧导轨12，支撑框架9主要由多条方钢按照栅栏状排列焊接而成，底部方钢通过膨胀螺栓与地基连接固定，在喷漆过程中，可保证平稳移动，提高喷漆质量，其中，由图可见，两条主导轨11布置在支撑框架9的顶部的左右两侧（图2所示左右方向定义为支撑框架的左右两侧，即：宽度方向两侧），两条侧导轨12布置在支撑框架9的宽度方向的侧表面上，上动力滑座8和下动力滑座7均包括座体13、座体上设置的安装架14、座体13上安装的用于与各条主导轨的导轨面配合的主撑滚轮15以及安装架上安装的两对分别用于与各条侧导轨配合的侧撑滚轮16，由图可见，座体13的左右两侧布置了四个安装架，每个安装架均设置有两组与侧导轨配合的侧撑滚轮16，其中，对于下动力滑座7来说，每个安装架包括一组承托在侧导轨下表面的侧撑滚轮以及一组承托在侧导轨的外侧表面的侧撑滚轮（一组侧撑滚轮可以选择为2个或3个），对于上动力滑座8来说，每个安装架包括一组承托在侧导轨上表面的侧撑滚轮以及一组承托在侧导轨的外侧表面的侧撑滚轮，由此实现了上动力滑座8与上轨道的配合以及下动力滑座7与下轨道的配合导向，行走平稳，噪音低并且使用可靠性高，有效保证涂装作业的稳定和均匀。

需要注意的是：安装结构上，智能喷漆机器人下轨道采用多对相互垂直的方钢钢，为使机器人在运动过程中平稳精确，方钢平行分布于地面钢板上，每隔2m开矩形小凹槽，通过膨胀螺栓将方钢与地基固定。同时方钢上表面和外侧面为行走导轨（侧导轨和主导轨），有效避免轨道卡砂问题，同时行走导轨与方钢采用压板固定，有效避免回砂地沟对下轨道铺设的影响，降低设备对环境的要求，推广性强，可行性高。

再进一步地，所说的涂装机器人主体为喷漆机器人，它包括通过安装座22安装的移动塔基25、移动塔基上安装的回转塔台26、回转塔台26上安装的机械下臂27、通过摆动手腕28安装在机械下臂27上的机械上臂29以及安装在机械上臂29上的喷漆枪头30，移动塔基保障机器人水平平动，回转塔台提供机器人圆周转动，其余手腕和机械臂提供机器人相应摆动，最后喷枪以±90°摆动喷漆作业。机器人总体结构布局设计简单，运动灵活，可行性高。

其中，需要说明的是：所谓的涂装机器人主体实际上既可以选择喷漆机器人，也可以根据需要选择喷砂机器人，当需要喷漆时，将喷漆机器人作为涂装机器人主体便可，即：当需要喷漆作业时，将现有常规的喷漆机器人（参见上述具体结构）安装在安装座上即可，同时，可以根据喷涂工况，需要喷砂时，更换机械臂、涂装枪头（喷枪）和其他相应部件（这主要是针对喷砂和喷漆作业的不同特点所决定的，喷砂采用高负荷耐磨耐冲击机械臂，喷漆采用防爆机械臂），即可实现由喷漆转为喷砂作业，也就是说在使用时，对于喷漆前的喷砂工序，喷砂机器人只需在原有喷漆机器人上，对机械手臂、外臂和相应装置进行更换，不仅提高了设备通用化程度，也降低了生产投资成本，由此简单方便的实现了功能的转换，可以实现多用途并且快捷方便，对于零部件采购、设备安装和维护等方面带来便利同时，也降低了基础成本。

另外，对于吊装机构来说，如图2所示，可以采用挂接在导向柱上并且对滑套20进行吊装的电动胡芦，本实施例中，导向柱的左右两侧分别挂接一个电动葫芦，两个电动葫芦同步动作实现对滑套的起吊，稳定性好。

经过实际验证，本发明的轨道式智能涂装机器人采用轨道、旋转升降和伸缩装置搭载涂装机器人，使其在喷涂作业过程中，拥有8个独立运动副。作业时，喷漆机器人可以沿工件长度方向的最大移动距离为52m，沿宽度最大移动距离为18m，沿高度方向为2.5m，此外还可以绕本体旋转的最大角度为±180°，大关节摆动角度为160°，小关节摆动角度为240°，小臂旋转角度为±180°，最后喷枪可以沿±90°进行摆动喷漆，精准完成钢箱梁外侧面风嘴大面积的喷漆工序。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道式智能涂装机器人，其特征在于：包括沿厂房一侧边缘纵向排布的一对轨道组、安装在该对所述轨道组之间并能够沿该对轨道组在厂房内纵向往复行走的旋转升降伸缩涂装机构（3），所述旋转升降伸缩涂装机构（3）包括能够旋转并导向的旋转导向臂（4）、安装在旋转导向臂上并能够在旋转导向臂的导向下往复运动的伸缩臂（5）以及安装在伸缩臂末端的涂装机器人装置（6），通过所述旋转导向臂（4）在该对所述轨道组之间的纵向往复移动、旋转导向臂（4）的旋转、伸缩臂（5）的升降和伸缩能够使涂装机器人装置在厂房内进行多自由和多方位的涂装作业。

2.按照权利要求1所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：该对所述轨道组包括一对平行布置布置在厂房地面的下轨道（1）和厂房顶面的上轨道（2）以及与下轨道（1）配合安装的下动力滑座（7）、与上轨道（2）配合安装的上动力滑座（8）。

3.按照权利要求2所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述下轨道（1）和上轨道（2）均包括有支撑框架（9）、支撑框架上安装的至少两条主导轨（11）以及两条侧导轨（12），所述上动力滑座（8）和下动力滑座（7）均包括座体（13）、座体上设置的安装架（14）、座体（13）上安装的用于与各条所述主导轨的导轨面配合的主撑滚轮（15）以及安装架上安装的两对分别用于与各条侧导轨配合的侧撑滚轮（16）。

4.按照权利要求2或3所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述旋转导向臂（4）包括通过上轴承安装在上动力滑座（8）上的上旋转盘（17）、通过下轴承安装在下动力滑座（7）上的下旋转盘（18）以及安装上旋转盘和下旋转盘之间的导向柱（19）。

5.按照权利要求4所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述伸缩臂（5）包括套装在导向柱上的滑套（20）、安装在滑套上的多节伸缩组件（21）以及吊装在滑套上的吊装机构（22），通过所述吊装机构能够使滑套沿导向柱（19）垂直升降。

6.按照权利要求5所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述涂装机器人装置（6）包括安装在伸缩组件（21）末端的安装座（31）以及安装在安装座上的涂装机器人主体。

7.按照权利要求6所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述伸缩组件（21）包括安装在滑套上的外筒（23）以及与外筒配合安装的伸缩内臂（24），所述安装座（22）固定安装在伸缩内臂的末端。

8.按照权利要求6或7所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述涂装机器人主体为喷漆机器人，它包括通过安装座（31）安装的移动塔基（25）、移动塔基上安装的回转塔台（26）、回转塔台（26）上安装的机械下臂（27）、通过摆动手腕（28）安装在机械下臂（27）上的机械上臂（29）以及安装在机械上臂（29）上的喷漆枪头（30）。

9.按照权利要求8所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述上旋转盘（17）由安装在上动力滑座（8）内的上旋转盘驱动电机驱动旋转，所述下旋转盘（18）由安装在下动力滑座（7）内的下旋转盘驱动电机驱动旋转。

10.按照权利要求9所述的轨道式智能涂装机器人，其特征在于：所述上动力滑座（8）和下动力滑座（7）均由动力座驱动电机驱动动作，所述伸缩组件（21）由伸缩驱动电机以及与伸缩驱动电机配套的齿轮齿条机构配合进行伸缩动作。