CN2923224Y - 一种喷印用机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机械臂的关节结构，特别涉及一种可用于钢卷喷印机的喷印用机械臂关节。主要解决六轴联动机械臂关节结构较为复杂、臂长过长导致的扭矩过大，以及操作控制繁琐、维护困难的技术问题。本实用新型的技术方案为：一种喷印用机械臂关节，其特征是，为三轴联动机构，由定位机械臂机构、传动减速机构和转动机械臂组成，所述的定位机械臂机构包含定位机械臂、定位轴、轴承、隔圈和轴套，所述定位轴固定于定位机械臂上，定位轴上套接有轴套，轴套上安装有轴承，在定位轴上套接多个隔圈，所述的传动减速机构包含伺服电机、伺服电机支架、安装环座、传动圆盘和谐波减速器，所述伺服电机安装于伺服电机支架上，伺服电机支架则固定于转动机械臂，所述谐波减速器经传动圆盘安装于安装环座上，所述安装环座固定于转动机械臂。本实用新型主要用于钢卷喷印机。

Description

一种喷印用机械臂关节

技术领域：本实用新型涉及一种机械臂的关节结构，特别涉及一种可用于钢卷喷印机的喷印用机械臂关节。

背景技术：

喷印设备是由计算机控制的全自动标号系统，通过喷点阵直接在钢卷的侧部表面和顶部表面上形成标号。目前，国内外钢铁企业的热轧生产线用于热钢卷标号的方式一般多为涂料点阵喷印，该方式的成字原理是：将多个喷枪并排设置，并等速行走，在设定位置上喷出点状涂料，以点组成文字。因为喷印机还包括有传感器，质量较大，因此喷印机对钢卷侧部表面的侧喷和对钢卷顶部表面的顶喷大多分别单独控制。

一种方案是采用6轴联动的关节型机器人，其先后对钢卷进行顶喷和侧喷，虽然只需要一套喷印机，但是由于喷印周期超过钢卷的轧制周期，导致轧钢的节奏会受到一定的限制。还有一种方案采用的是双喷印机，其侧喷和顶喷设备分别设置于运输链的两侧，在喷印时两部分同时进行。

目前，随着喷印机不断的小型化，已出现一种侧喷手臂和顶喷手臂共用一个机器人的方案，但其顶喷手臂只能喷印在钢卷顶部靠近内圈的位置，这又与钢卷塔形始现于内圈这种情况发生冲突，于是就存在钢卷大量返修的缺陷，并且该方案需要2个机器人手臂分别进行侧喷和顶喷运动，使得喷印机结构复杂，控制也较为烦琐，大大增加了装置的返修率。

目前使用的各种喷印机存在以下的缺点：

温度适应差：由于现有的喷印机，大多采用风机冷却，或者甚至不采用主动冷却，因此对温度的适应性较差，使喷印机不能适应较高的操作环境温度和高温卷温度。

喷印周期长：由于现有的喷印机，大多采用单喷印设备结合关节型机器人的方案，使顶喷和侧喷先后进行，造成喷印周期无法缩短，影响到轧制节奏的优化和加快。

结构较复杂：现有的喷印机虽然采用了顶喷和侧喷的同步方案，但其机械组合设计较为复杂，特别是臂长过长，如何降低手臂带来的扭矩就显得相当关键，设备操作控制也烦琐，且会给设备维护带来难度。

发明内容：本实用新型的目的是提供一种与六轴联动机械臂关节相比大为简单的喷印用机械臂关节，为一种喷印用升降式三轴联动的机械臂关节。主要解决六轴联动机械臂关节结构较为复杂、臂长过长导致的扭矩过大，以及操作控制繁琐、维护困难的技术问题。本实用新型的技术方案为：一种喷印用机械臂关节，为三轴联动机构，由定位机械臂机构、传动减速机构和转动机械臂组成，所述的定位机械臂机构包含定位机械臂、定位轴、轴承、隔圈和轴套，所述定位轴固定于定位机械臂上，定位轴上套接有轴套，轴套上安装有轴承，在定位轴上套接多个隔圈，调节定位机械臂与传动部分的相对位置以及调节轴承的定位。

所述的传动减速机构包含伺服电机、伺服电机支架、安装环座、传动圆盘和谐波减速器，所述伺服电机安装于伺服电机支架上，伺服电机支架则固定于转动机械臂，所述谐波减速器经传动圆盘安装于安装环座上，所述安装环座固定于转动机械臂，实现两个机械臂之间的转动，所述伺服电机传动至谐波减速器进行减速，依次带动安装环座、传动圆盘，从而实现转动机械臂绕定位轴相对于定位机械臂的转动；轴套与轴套上轴承对传动圆盘和安装座形成支撑并提高转动机械臂的稳定性，其控制结构简单，可适应较重的喷印装置，其控制灵活性也能够满足较短轧制周期时间上的要求。

定位机械臂机构起定位和支撑作用，传动减速机构的质量首先由转动机械臂部分承担，传动减速机构和转动机械臂部分结合后的质量都由定位机械臂机构支撑，所述喷印用机械臂关节由传动减速机构通过谐波减速器对伺服电机减速来带动转动机械臂部分实现其关节转动功能；

所述转动机械臂可与下一节的机械臂关节相连，并通过机械臂关节的运动以获得喷印的轨迹。

本实用新型提供的喷印用机械臂关节，其运动过程实现如下：

当伺服电机收到转动指令后，传动至谐波减速器进行减速，传动圆盘安装在固定于转动机械臂的安装环座上，并通过轴套上的轴承提供稳定的转动支撑，形成转动机械臂绕定位轴相对于定位机械臂的转动。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型根据圆弧成形的规律，即三个联接臂就可形成圆弧轨迹，末端关节与手腕相连，令手腕上的喷印装置与钢卷外表面呈垂直状，以确保字符清晰，从而避免使用复杂的六轴联动设计，令喷印联接臂结构简单化，可提高附重能力，并使设备维护简捷可靠。

2、本实用新型的机械臂包含三个绕各自的Z轴转动的自由度，并且三个绕各自的Z轴转动的自由度使机械臂在一个固定的平面内转动，使得其圆弧轨迹运动简捷平稳，获得较好的稳定性。

3、为适应钢卷不同的宽度，本实用新型可采用升降机构来实现平面机构上下移动，使平面运动和上下移动进行任意组合，即可以先上下移动到所需要的高度再实现平面运动，也可以转化为稳定的空间运动组合，简单易行，稳定可靠，

4、相对于六轴联动机构，本实用新型具有灵敏性愈高、快速性、起动转矩惯量比大、调速范围宽等特点，简单的三轴联动机构，增加了其控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化。

5、本实用新型采用的伺服电动机作为机构的关节，能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。

6、关节转动是相对缓慢的，本实用新型的设计采用谐波减速器来进行减速。谐波减速器的传动比大、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高(一般可达到0.7～0.9)、体积小、质量轻。

7、本实用新型采用交流伺服电机，其采用新型的磁场矢量变换控制技术，对交流电动机做磁场的矢量控制；将电动机定子的电压量或电流矢量作操作量，控制其幅值和相位。它没有电刷和换向器，因此可靠性好、结构简单、体积小、重量轻、动态响应好。在同样体积下，交流伺服电动机的输出功率可比直流电动机提高10％～70％。交流伺服电动机与同容量的直流电动机相比，重量约轻一半，价格仅为直流电动机的三分之一，效率高、调速范围广、响应频率高。

另外，关节型机器人，关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体的尺寸，其工作空间比较大。对于喷印机器人来说这种结构是比较合适的。

附图说明：

附图为本实用新型提供的一种喷印用机械臂关节结构示意图。

图中：1定位机械臂，2螺钉及垫片，3转动机械臂，4螺钉，5螺钉，6伺服电机支架，7安装环座，8隔圈，9螺钉，10轴承，11轴套，12传动圆盘，13隔圈，14定位轴，15隔圈，16伺服电机，17编码器接头，18电源接头，19谐波减速器，20螺钉。

具体实施方式：

以下根据附图，说明本实用新型的一种最佳实施方式。

如附图所示，为本实用新型提供的喷印用机械臂关节结构示意图，其包含定位机械臂机构、传动减速机构和转动机械臂组成；

所述的定位机械臂机构包含定位机械臂1、定位轴14、轴承10、螺钉及垫片2、隔圈8、隔圈13、隔圈15和轴套11，所述定位轴14通过螺钉及垫片2将其固定于定位机械臂1上，所述定位机械臂机构通过隔圈13和轴套11来调节定位机械臂1与传动减速机构的轴向位置，通过轴承10和隔圈8来调节定位轴14与传动减速部分的径向定位，所述轴承10装入轴套11后同时也通过隔圈8调节其轴向定位；

所述的传动减速部分包含伺服电机16、伺服电机支架6、螺钉4、螺钉5、螺钉9、隔圈15、安装环座7、传动圆盘12和谐波减速器19，所述伺服电机16含编码器接头17、电源接头18，并经螺钉4安装于伺服电机支架6上，伺服电机支架6则固定于转动机械臂3，所述谐波减速器19经传动圆盘12安装于安装环座7上，所述安装环座7通过螺钉5固定于转动机械臂3，所述伺服电机16传动至谐波减速器19进行减速，谐波减速器19通过螺钉20分别与定位轴14和传动圆盘12联接，定位轴14和传动圆盘12分别起定位和传动的作用，依次带动传动圆盘12和安装环座7，从而实现转动机械臂3绕定位轴14相对于定位机械臂1的转动；

所述转动机械臂3可与下一节的机械臂关节相连，并通过机械臂关节的运动以获得喷印的轨迹。

本实用新型提供的喷印用机械臂关节，其工作过程如下：

当伺服电机16收到转动指令后，传动至谐波减速器19进行减速，传动圆盘12安装在固定于转动机械臂3的安装环座7上，并通过轴套11上的轴承10提供稳定的转动支撑，形成转动机械臂3绕定位轴14相对于定位机械臂1的转动。

本实用新型不仅可用于钢卷喷印机，还可以用于其他需要完成圆弧轨迹的机器人手臂。

Claims (2)

1、一种喷印用机械臂关节，其特征是，为三轴联动机构，由定位机械臂机构、传动减速机构和转动机械臂组成，所述的定位机械臂机构包含定位机械臂、定位轴、轴承、隔圈和轴套，所述定位轴固定于定位机械臂上，定位轴上套接有轴套，轴套上安装有轴承，在定位轴上套接多个隔圈，所述的传动减速机构包含伺服电机、伺服电机支架、安装环座、传动圆盘和谐波减速器，所述伺服电机安装于伺服电机支架上，伺服电机支架则固定于转动机械臂，所述谐波减速器经传动圆盘安装于安装环座上，所述安装环座固定于转动机械臂。

2、根据权利要求1所述的一种喷印用机械臂关节，其特征是，所述转动机械臂可与下一节的机械臂关节相连。

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