CN206716285U - 微滴喷射机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及微滴喷射机器人。所涉及的微滴喷射机器人包括控制系统、机械运动结构和微滴喷射系统及气动平衡系统。所涉及的机器人微滴喷射工作时生成加工文件，根据加工文件设定工作喷头的进给速度和工作喷头的初始气压调平；从而同步控制运动控制和微滴喷射控制，同时根据工作喷头的气压变化控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷。本实用新型可实现对基于平面和曲面的产品进行全方位无死角的微滴喷射自由成形。
Description
技术领域
本实用新型属于微滴喷射领域，具体涉及一种微滴喷射机器人，通过按需供料的方式实现对任意三维立体实体的微滴喷射功能。
背景技术
微滴喷射是用外力迫使成形材料以微细液滴(或液流)的形式从喷头容腔的小孔(喷嘴)射至底材上，形成二维图(形)文(字)、点阵或三维实体。所谓“微细液滴”是指喷射的液滴尺寸可精确控制至微米(um)数量级水平的液滴，其体积可控制在微升(ul)、纳升(nl)、皮升(pl)，甚至飞升(fl)数量级水平。对于现有的微滴喷射技术来说，对于基于平面的微滴喷射如喷墨打印，3D打印，已成为较为成熟的技术，例如在平整的纸张，皮革，塑料等材料上进行微滴喷射自由成形已被广泛应用。而对于针对已有产品表面进行微滴喷射自由成形的设备目前还未见到有产品上市，即便有一些设备也仅能进行垂直喷射，仅可以在X,Y平面内进行联动，对于一些立面，曲面，则多采用的是手工上色、点样、粘接等方式。这种方式影响了产品批量生产的效率和质量，因为对于任意曲面微滴喷射自由成形的需求，近年来已经非常紧迫。
发明内容
为了解决背景技术黄总存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种能够对平面及立体产品进行微滴喷射自由成形、且体积小，但工作范围大适应性广的微滴喷射机器人。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型的微滴喷射机器人包括控制系统、机械运动结构和微滴喷射系统及气动平衡系统；所述控制系统同步实施运动控制和微滴喷射控制；所述机械运动结构为多自由度的机械结构，实施空间内多个自由度的运动功能；所述微滴喷射系统，安装在机械运动结构上，采用至少两个具有独立伸缩且可以按需供料功能的喷头实现微滴喷射功能；所述气动平衡控制系统，根据工作喷头的气压变化控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷。
一种实施方式中，本实用新型的机械运动结构包括底座、回转座、第一摆动臂、第二摆动臂、回转臂和第三摆动臂，所述回转座设置在底座上，所述第一摆动臂设置在回转座上，所述第二摆动臂设置于第一摆动臂的另一端，所述回转臂设置在第二摆动臂上，所述第三摆动臂设置在回转臂上。
一种实施方式中，本实用新型的微滴喷射喷头系统设置在摆动臂前端；所述微滴喷射喷头系统包括所述微滴喷射系统包括转轴、转动体和推送机构，所述转动体上设有至少两个喷头安装孔，所述转动体绕转轴转动，通过转动体的转动任一喷头安装孔可运动至推送机构处，所述推送机构用于将该任一喷头安装孔中的喷头推送喷头安装孔或将该任一喷头安装孔中的喷头收回至喷头安装孔中；
一种实施方式中，本实用新型的气动平衡系统包括传感元件、气压控制元件、气液瓶、气管和导液管，所述传感元件设置在气液瓶内，所述气管与气液瓶连接；所述导液管联通气液瓶与微滴喷射系统。
一种实施方式中，本实用新型的机械运动结构包括底座、回转座、摆动臂、摆动臂、回转臂和摆动臂，所述回转座设置在底座上，所述第一摆动臂设置在回转座上，所述第二摆动臂设置于第一摆动臂的另一端，所述回转臂设置在第二摆动臂上，所述第三摆动臂设置在回转臂上；所述气动平衡系统包括传感元件、气压控制元件、气液瓶、气管和导液管，所述传感元件设置在气液瓶内，所述气管与气液瓶连接；所述导液管联通气液瓶与微滴喷射系统；所述第三摆动臂和回转臂中设有导液管放置通孔。
本实用新型的微滴喷射机器人控制方法包括：
步骤一，生成加工文件：
(1)根据待喷涂图像获取工作喷头运动轨迹文件，将工作喷头运动轨迹文件进行插补，获得工作喷头运动插补轨迹；
(2)生成待喷涂图像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息为颜色信息或材质信息；
(3)提取造型文件中各位置点的造型信息，获取工作喷头运动插补轨迹中各位置点对应的造型信息；
所述加工文件包括：工作喷头运动插补轨迹、工作喷头运动插补轨迹中各位置点对应的造型信息；
步骤二，根据工作喷头运动插补轨迹设定工作喷头的进给速度和工作喷头的初始气压调平；
步骤三，根据工作喷头运动插补轨迹中目标点的轨迹信息和工作喷头的进给速度控制微滴喷射机器人运动，使得工作喷头到达目标点；
步骤四，判断是否到达目标点，如到达执行步骤五，如未到达执行步骤三；
步骤五，根据工作喷头运插补轨迹中目标点的造型信息、喷头工作电压信息对该位置点进行喷涂；同时根据工作喷头的气压变化控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷；
步骤六，判断目标点是否为终点，如果是，结束工作，如不是，重复执行步骤三-六。
本实用新型优点如下：
(1)本实用新型可实现对基于平面和曲面的产品进行全方位无死角的微滴喷射自由成形。多自由臂协同作用，为微滴喷头提供了更多自由度，工作形式更加灵活，可直接让图文立体造型更便捷的作用于物品上，实现微滴喷射全方位无死角的工作。
(2)本实用新型气动平衡系统可以让喷头在高低俯仰之间的姿态变化更加自由，不会因为高度改变而发生断料的现象。
(3)本实用新型采用了微滴喷射喷头系统来实现微升(ul)、纳升(nl)、皮升(pl)，甚至飞升(fl)级的精密喷涂，同时可以实现多种材质的液滴通过不同的喷头采用叠印的方式以获得更为复杂的喷射效果，方便用于复杂电子电路制造、特殊医药试剂点样、特殊化学试剂点样、精细化学合成等众多应用场合，尤其配上机器人的复杂且精密运动功能，更适合有效提升在这些领域的应用效果。
附图说明
图1-2为本实用新型装置的结构参考示意图；
图3为本实用新型的控制方法流程图；
图4为实施例2的待喷涂图像；
图5为实施例3的待喷涂图像。
具体实施方式
本实用新型所述“提取造型文件中相应位置点的颜色信息或材质信息，获取工作喷头运动插补轨迹中各位置点对应的颜色信息或材质信息的方法”采用ZL 2010 10614184.2 中所公开的方法。
本实用新型可以根据工作需要增加机器人的转动臂增加自由度，也可以通过增加转头，滑轨，增加工件加工适应性。
本实用新型的造型信息包括颜色信息、材质信息等。
本实用新型的微滴喷射系统具体实施方式可参考CN 201610349645.5公开的技术实现采用至少两个具有独立伸缩且可以按需供料功能的喷头实现微滴喷射功能。
本实用新型机器人的控制方法实施过程中可采用CAM软件对待喷涂的图像编程获取工作喷头运动轨迹文件，将工作喷头运动轨迹文件进行插补，获得工作喷头运动插补轨迹。
本实用新型机器人的控制方法实施过程中可采用造型软件生成待喷涂的图像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息为颜色信息或材质信息。
以下是发明人提供的具体实施例，以对本实用新型的技术方案做进一步解释说明。
实施例1：
该实施例的微滴喷射机器人包括控制系统、机械运动结构和微滴喷射系统及气动平衡系统；其中的控制系统同步控制运动控制和微滴喷射控制；
如图1-2所示，机械运动结构包括底座1、回转座2、摆动臂3、摆动臂4、回转臂5、摆动臂6，可以根据需要底座选配回转工作台或移动滑轨；回转座2设置在底座1上，可以绕纵向轴自由转动；摆动臂3设置在回转座1上，并可以围绕连接点自由摆动；摆动臂4 设置于摆动臂3的另一端，且可以绕连接点自由摆动；回转臂5设置在摆动臂4上，且可绕接触面的法向轴自由转动；摆动臂6设置在回转臂5上，可绕连接点自由摆动；
如图2所示，微滴喷射喷头系统12设置在摆动臂6前端内置转盘的容腔内；所述内置转盘轴向开设有至少2个相互并行的且沿圆周均布的喷头容腔；根据工作需要，喷头16可为电场偏转式、阀控式、热泡式、压电式、静电式等形式；工作过程中，转盘13转动将工作喷头带到气缸14同一轴向上，气缸通过推杆15驱动喷头16运动；
气动平衡系统则将传感元件设置在气液瓶11内，气压控制元件8安置在回转座2上，通过气管9与气液瓶11连接；摆动臂4和回转臂5中有导液管10放置通孔，导液管与各喷头联通；外漏的导液管10外设有套管7。启动平衡控制工作流程如下：因为瓶内压力P 变化会引起传感器输出电压V发生改变，通过24位AD采集传感器反馈的电压V，系统算出瓶内压力P，并与设定值Ps进行比对若∣P-Ps∣≤2mb则不进行调节，若不是则通过电子压力控制器进行增/减压力调节。
另外一种实施方案中，在上述方案的基础上，摆动臂4内需有为圆角过渡的液管通道，电机/减速机可与回转轴同轴安装在摆动臂内部或外部，也可通过齿轮带轮等传动方式达到这一目的；圆角的设计是为了保护液管不被棱角碰伤，卡死，导致无法正常输液。
该实施例中的，回转座2的工作范围或方向是正负360°，摆动臂3的工作范围或方向是正负360°，摆动臂4的工作范围或工作方向是正负360°，回转臂5的工作范围或工作方向是正负360°，气液瓶11的作用是用来储存液体状待喷材料，液体材料储存在气液瓶内，气体充入气液瓶内将气液瓶内液体压至喷嘴。
实施例2：
该实施例是给图4所示图喷涂颜色，四个喷头中分别装有CMYK四种颜色。控制方法如下：
参考图3，整个控制过程是逐点喷射，例如图4中所示的任意点A:
步骤一，生成加工文件：
所述加工文件包括工作喷头运动插补轨迹、工作喷头运动插补轨迹中的各点对应的颜色信息：
(1)采用CAM软件(如UG)对所要喷涂的图4编程获取工作喷头运动轨迹文件，将工作喷头运动轨迹文件进行插补，获得工作喷头运动插补轨迹；
(2)采用造型软件(如3D MAX)生成图4的包含颜色信息的造型文件(此造型文件与编程所用文件的坐标系一致)。
(3)通过工作喷头运动插补轨迹提取包含有颜色信息的造型文件中相应位置点的颜色信息，使得工作喷头运插补轨迹中的各点与造型文件中的颜色信息一一对应(也就是每一个点对于CMYK中的其中一种颜色)；
步骤二，根据工作喷头运动插补轨迹设定工作喷头的进给速度(图4中平面喷涂的进给速度为2m/min，复杂曲面的进给速度为0.5-2m/min，具体根据曲面复杂程度人为设定)和工作喷头的初始气压调平(1.2KPa±2，根据喷头与墨瓶的相对高度设定控制气压)和喷头工作电压值(70V)及电压动作时间(20μs)(通过在高速相机下进行喷射试验确定电压值及动作时间并手动输入系统中)；
步骤三，根据工作喷头运动插补轨迹中目标点A的轨迹信息(4,5,7)和工作喷头的进给速度(2m/min)控制机器人各臂运动，使得工作喷头到达目标点A；
步骤四，判断是否到达目标点A，如到达执行下一步，如未到达执行步骤三；
步骤五，根据工作喷头运插补轨迹中点A对应的颜色信息(C：青色)、喷头工作电压信息(70V)对该点进行喷涂；同时根据工作喷头的气压变化(1.2KPa±2)控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷的问题；
步骤六，判断目标点A是否为终点，如是结束工作，如不是，重复执行步骤三-六。
实施例3：
该实施例是给电路板喷射导电溶液，2个喷头中分别装有导电材料(CNTsuspension) 和绝缘材料(浸渍漆)。
步骤一，生成加工文件：
所述加工文件包括工作喷头运动插补轨迹、工作喷头运插补轨迹中的各点对应的材质信息(材质信息为导电材料或绝缘材料)：
(1)采用CAM软件(如UG)对所要喷涂的图5编程获取工作喷头运动轨迹文件，将工作喷头运动轨迹文件进行插补，获得工作喷头运动插补轨迹；
(2)采用造型软件(如3D MAX)生成图5的包含材质信息的造型文件(此造型文件与编程所用文件的坐标系一致)。
(3)通过工作喷头运动插补轨迹提取包含有材质信息的造型文件中相应位置点的材质信息，使得工作喷头运插补轨迹中的各点包含有材质信息的造型文件中的材质相互对应；
步骤二，根据工作喷头运动插补轨迹设定工作喷头的进给速度(图5中平面喷涂的进给速度为1.5m/min，复杂曲面的进给速度为0.5-1.5m/min，具体根据曲面复杂程度人为设定)和工作喷头的初始气压调平(5KPa±2，根据喷头与墨瓶的相对高度设定控制气压)和喷头工作电压值(100V)及电压动作时间(20μs)(通过在高速相机下进行喷射试验确定电压值及动作时间并手动输入系统中)；
步骤三，根据工作喷头运动插补轨迹中目标点A的轨迹信息(5，9,10)和工作喷头的进给速度(1.5m/min)控制机器人各臂运动，使得工作喷头到达目标点B；
步骤四，判断是否到达目标点B，如到达执行下一步，如未到达执行步骤三；
步骤五，根据工作喷头运插补轨迹中点B对应的材质信息(CNT suspension)、喷头工作电压信息(100V)对该点进行喷涂；同时根据工作喷头的气压变化(5KPa±2)控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷的问题；
步骤六，判断目标点B是否为终点，如是结束工作，如不是，重复执行步骤三-六。
Claims (5)
1.一种微滴喷射机器人，其特征在于：包括控制系统、机械运动结构、微滴喷射系统和气动平衡系统；
所述控制系统实施运动控制和微滴喷射控制；
所述机械运动结构为多自由度的机械结构，实施空间内多个自由度的运动功能；
所述微滴喷射系统，安装在机械运动结构上，采用至少两个具有独立伸缩且可以按需供料功能的喷头实现微滴喷射功能；
所述气动平衡控制系统，根据喷头的气压变化控制喷头内外部的气压达到平衡，确保喷射状态稳定，不会出现多喷或少喷。
2.如权利要求1所述的微滴喷射机器人，其特征在于：所述机械运动结构包括底座、回转座、第一摆动臂、第二摆动臂、回转臂和第三摆动臂，所述回转座设置在底座上，所述第一摆动臂设置在回转座上，所述第二摆动臂设置于第一摆动臂的另一端，所述回转臂设置在第二摆动臂上，所述第三摆动臂设置在回转臂上。
3.如权利要求1所述的微滴喷射机器人，其特征在于：所述微滴喷射喷头系统设置在摆动臂前端；所述微滴喷射喷头系统包括转轴、转动体和推送机构，所述转动体上设有至少两个喷头安装孔，所述转动体绕转轴转动，通过转动体的转动任一喷头安装孔可运动至推送机构处，所述推送机构用于将该任一喷头安装孔中的喷头推送喷头安装孔或将该任一喷头安装孔中的喷头收回至喷头安装孔中。
4.如权利要求1所述的微滴喷射机器人，其特征在于：所述气动平衡系统包括传感元件、气压控制元件、气液瓶、气管和导液管，所述传感元件设置在气液瓶内，所述气管与气液瓶连接；所述导液管联通气液瓶与微滴喷射系统。
5.如权利要求1所述的微滴喷射机器人，其特征在于：所述机械运动结构包括底座、回转座、第一摆动臂、第二摆动臂、回转臂和第三摆动臂，所述回转座设置在底座上，所述第一摆动臂设置在回转座上，所述第二摆动臂设置于第一摆动臂的另一端，所述回转臂设置在第二摆动臂上，所述第三摆动臂设置在回转臂上；所述气动平衡系统包括传感元件、气压控制元件、气液瓶、气管和导液管，所述传感元件设置在气液瓶内，所述气管与气液瓶连接；所述导液管联通气液瓶与微滴喷射系统；所述第三摆动臂和回转臂中设有导液管放置通孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720304288.0U CN206716285U (zh) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | 微滴喷射机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720304288.0U CN206716285U (zh) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | 微滴喷射机器人 |
Publications (1)
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| CN206716285U true CN206716285U (zh) | 2017-12-08 |
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| CN201720304288.0U Active CN206716285U (zh) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | 微滴喷射机器人 |
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|---|---|
| CN (1) | CN206716285U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018177211A1 (zh) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 陕西华拓科技有限责任公司 | 微滴喷射机器人及机器人微滴喷射控制方法 |
| CN108714510A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-30 | 芜湖纵横智能制造产业技术研究有限公司 | 一种便于操作的汽车钣金喷漆用机器人 |
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2017
- 2017-03-27 CN CN201720304288.0U patent/CN206716285U/zh active Active
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2018177211A1 (zh) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 陕西华拓科技有限责任公司 | 微滴喷射机器人及机器人微滴喷射控制方法 |
| CN108714510A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-10-30 | 芜湖纵横智能制造产业技术研究有限公司 | 一种便于操作的汽车钣金喷漆用机器人 |
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