CN109876970B - 一种七自由度喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种七自由度喷涂机器人，包括喷枪及机器人本体，喷枪安装于喷涂机器人本体的一端，所述机器人本体包括底座、关节组件、用于关节组件之间相连的连接组件及喷枪加长杆结构；所述关节组件包括第一关节结构、第二关节结构及第三关节结构；所述连接组件包括第一连接臂结构、第二连接臂结构、第三连接臂结构，所述底座、第一关节结构、第一连接臂结构、第二关节结构、第二连接臂结构、第三关节结构、第三连接臂结构及喷枪加长杆结构依次相连，底座的另一端固定于外部的设备上；本发明创造采用模块化设计，可自由组装成多自由度长臂结构，工作范围大，可以满足飞机、船舶等大尺寸工件外表面的喷涂要求。

Description

一种七自由度喷涂机器人

技术领域

本发明创造属于机器人技术领域，尤其是涉及一种七自由度喷涂机器人。

背景技术

目前，对于飞机外表面、飞机管道内表面、船舶外表面等大尺寸复杂结构工件的涂装作业，大部分制造企业多采用手工喷涂方式进行，该种喷涂方式涂装效率低、涂层质量难以保证，且有毒的漆雾严重危害人体健康。而目前市售的通用型六自由度喷涂机器人工作范围小，结构尺寸较大，灵活度低，难以满足大范围、复杂曲面以及狭窄空间的喷涂作业要求。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种七自由度喷涂机器人，旨在解决现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种七自由度喷涂机器人，包括喷枪及机器人本体，喷枪安装于喷涂机器人本体的一端，所述机器人本体包括底座、关节组件、用于关节组件之间相连的连接组件及喷枪加长杆结构；所述关节组件包括第一关节结构、第二关节结构及第三关节结构；所述连接组件包括第一连接臂结构、第二连接臂结构、第三连接臂结构，所述底座、第一关节结构、第一连接臂结构、第二关节结构、第二连接臂结构、第三关节结构、第三连接臂结构及喷枪加长杆结构依次相连，底座的另一端固定于外部的设备上。

进一步，所述底座为钢结构底座，其一端固定于外部的设备，其另一端与第一关节结构的一端螺纹连接。

进一步，所述第一关节结构包括第一驱动装置、第一基座及旋转座，所述第一驱动装置包括第一电机、第一减速器、第一驱动器及第一关节偏转轴承，所述第一基座上分别安装第一减速器、第一驱动器及第一电机，第一减速器输入端与第一电机相连，第一减速器输出端与旋转座的水平端连接，从而实现第一关节结构绕轴线的偏转运动；第一关节偏转轴承安装于第一基座、第一旋转座之间，以实现第一驱动装置的径向支撑。

进一步，所述第一连接臂结构包括悬臂端头、第一手臂杆、第一手臂叉杆及第二驱动装置，第二驱动装置包括第二减速器、第二电机、第二驱动器及第一关节俯仰轴承；

所述悬臂端头、第一手臂杆、及第一手臂叉杆依次通过螺纹连接；悬臂端头内部分别安装有第二电机、第二减速器及第二驱动器，第二减速器输入端与第二电机相连，第二减速器输出端与所述第一旋转座的垂直端连接，从而实现第一连接臂绕轴线作俯仰运动，第一关节俯仰轴承安装于臂端头与第一旋转座之间，已实现第二驱动装置的径向支撑。

进一步，所述第二关节机构包括第三驱动装置、第四驱动装置及第二基座，第三驱动装置与第四驱动装置分别固定在第二基座上；所述第三驱动装置包括第三电机、第三驱动器、第二关节俯仰轴承；第四驱动装置包括第四电机、第四驱动器及第二关节偏转轴承；

第三电机及第三驱动器均安装于第二基座的一侧，第二基座的另一侧分别安装第四电机及第四驱动器，且第三电机与第四电机相垂直，第三电机输出端与所述第一手臂叉杆相连。

进一步，所述第二连接臂结构包括依次螺纹连接的第二手臂叉杆、第二手臂杆及第三手臂叉杆，所述第四电机的输出端与第二手臂叉杆相连。

进一步，所述第三关节结构包括第五驱动装置及第六驱动装置及第三基座，第五驱动装置与第六驱动装置分别固定在第三基座上；所述第五驱动装置包括第五电机、第五驱动器、第三关节俯仰轴承，第六驱动装置包括第六电机、第六驱动器及第三关节偏转轴承；第五电机、第五驱动器均安装于第三基座的一侧，第三基座的另一侧分别安装第六电机、第六驱动器，且第五电机与第六电机相垂直，第六电机输出端与所述第三手臂叉杆相连。

进一步，所述第三连接臂结构包括上连接臂、下连接臂、第七驱动装置、电机后盖及第四基座，所述第七驱动装置包括第七电机、第七驱动器，上连接臂、下连接臂的一侧分别与第四基座连接。上连接臂、下连接臂的另一侧与第六电机相连。第七电机安装于第四基座的内部，第七电机后盖与第七电机座螺纹连接，第七驱动器固定安装于第七电机后盖上。

进一步，所述喷枪加长杆结构包括依次螺纹连接的连接法兰、加长杆、喷枪安装板，第七电机的输出端与连接法兰相连，喷枪安装板的末端安装有喷枪。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种七自由度喷涂机器人具有以下优势：

(1)本发明创造采用模块化设计，可自由组装成多自由度长臂结构，工作范围大，可以满足飞机、船舶等大尺寸工件外表面的喷涂要求。

(2)本发明创造具有冗余自由度，其冗余特性使得机器人灵活性更高(即实现避奇异位形)，避障碍功能以及防止关节运动超限功能更好，并且动力学性能可以更好地得到改善。

(3)本发明创造的各臂杆及关节处径向尺寸小，更加适用于狭窄异形空间内的作业。

(4)本发明创造对各关节对进行正压防爆设计，对所有电机以及其他电器元件均采取防爆处理措施，保证喷涂过程安全可靠。

(5)本发明创造可代替人工喷涂作业，降低人工成本、提高喷涂效率、涂层质量及涂层精密度，避免漆雾对操作人员身体的伤害。

(6)本发明创造各关节驱动器均安装于结构内部，与目前通用机器人的驱动器安装于控制柜相比，大大减少了关节出线数量，便于线缆的固定，解决了机器人走线这一难题。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的第一关节结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的第一连接臂结构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的第二关节结构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的第二连接臂结构示意图；

图6为本发明创造实施例所述的第三关节结构示意图；

图7为本发明创造实施例所述的第三连接臂结构示意图；

图8为本发明创造实施例所述的喷枪加长杆结构示意图；

图9为本发明创造实施例所述的喷枪结构示意图。

附图标记说明：

1-底座；2-第一关节结构；3-旋转座；4-第一连接臂结构；5-第二关节结构；6-第二连接臂结构；7-第三关节结构；8-第三连接臂结构；9-喷枪加长杆结构；10-喷枪；11-第一安装法兰；12-第一基座；13-第一下转轴；14-第一关节偏转轴承；15-第一电机；16-第一减速器；17-第一电机气管接头；18-第一电机电缆接头；19-第一电机电缆接头；20-第一驱动器安装板；21-第一驱动器；22-第一上端盖；23-旋转座本体；24-第一左罩盖；25-第一右轴承盖；26-第一下端盖；27-第一定位销轴；28-第一限位挡块；29-第二限位挡块；30-悬臂端头；31-左转轴；32-第二减速器；33-第二电机；34-第二驱动器；35-第一关节俯仰轴承；36-第二电机电缆接头；37-第一手臂杆；38-第一手臂叉杆；39-第三限位挡块；40-小叉臂盖板；41-大叉臂盖板；42-第二电机气管接头；43-第二基座；44-第三电机端盖；45-第三驱动器安装板；46-第三驱动器；47-第三电机运动轴；48-第二关节俯仰轴承；49-第三电机；50-第三电机法兰定位环；51-第三电机运动轴垫片；52-第三电机锁紧螺母；53-第三限位挡块；54-第四电机端盖；55-第四电机；56-第四电机运动轴；57-第二关节偏转轴承；58-第四驱动器安装板；59-第四驱动器；60-第四电机运动轴垫片；61-第四电机锁紧螺母；62-第三电机电缆出头；63-第三电机气管出头；64-第四电机电缆出头；65-第四电机气管出头；66-第二手臂叉杆；67-第四电机限位杆；68-第二手臂杆；69-第三手臂叉杆；70-第五限位挡块；71-第三基座；72-第五驱动器安装板；73-第五驱动器；74-第五电机电机端盖；75-第五电机运动轴；76-第三关节俯仰轴承；77-第五电机；78-第五电机运动轴垫片；79-第五电机锁紧螺母；80-第六驱动器安装板；81-第六驱动器；82-第六电机端盖；83-第六电机运动轴；84-第三关节偏转轴承；85-第六电机；86-第六电机运动轴垫片；87-第六电机锁紧螺母；88-第六电机限位挡块；89-第五电机电缆接头；90-第五电机气管接头；91-第六电机电缆接头；92-第六电机气管接头；93-上连接臂；94-第四基座；95-第七电机；96-下连接臂；97-第七电机后盖；98-第七电机气管接头；99-第七驱动器；100-第七电机电缆接头；101-上臂盖板；102-下臂盖板；103-连接法兰；104-加长杆；105-喷枪安装板；106-三通接头；107-流量控制阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，本发明提供一种七自由度喷涂机器人，主要由底座1、第一关节结构2、旋转座3、第一连接臂结构4、第二关节结构5、第二连接臂结构6、第三关节结构7、第三连接臂结构8、喷枪加长杆结构9、喷枪10组成。其中：

图2为本发明中第一关节结构及基座的正视示意图、左视示意图及剖视示意图，图3为本发明中旋转座的结构示意图、正视示意图及剖视示意图。如图2、图3所示，所述底座1为一钢构焊接件，作为喷涂机器人的底座，前端与第一关节结构2通过螺钉固定连接，作为机器人的底座；后端与外部结构进行连接。结构不限于此，可根据安装需求进行更换。所述第一关节结构2主要结构包括第一基座12、第一下转轴13、第一关节偏转轴承14、第一电机15、第一减速器16、第一驱动器21。所述旋转座3主体结构为旋转座本体23，两端为叉臂结构，在空间上相互垂直，作为第一关节的俯仰与水平端的连接臂。

第一基座12一端与第一安装法兰11通过螺钉固定连接；另一端用于驱动装置安装。第一减速器16安装于第一基座12内部，其输入端与第一电机15连接，其输出端与旋转座本体23的一叉臂端连接，电机驱动，通过减速器可实现绕关节轴线的偏转运动。第一驱动器安装板20通过螺钉与第一基座12固定连接，第一驱动器21安装于第一驱动器安装板20上。第一下转轴13通过螺钉固定连接第一基座12在上。第一关节偏转轴承14安装于第一下转轴13与第一下端盖26之间，用于第一关节的偏转部支撑。第一限位挡块28固定安装于旋转座本体23上，作为机械限位，防止运动超限。第一气管接头17与第一电机电缆接头18安装于第一基座12上。由于漆雾易燃易爆，第一电机、减速器均密封安装，通过第一电机气管接头17将电机安装座内通入正压气体，从而可以达到防爆处理，本方案的改进在于整体机器人的关节结构，如何控制正压并不属于本方案，而且属于本领域技术人员能够想象到的工作过程，此处不再赘述。电气线缆通过第一电机电缆接头18出线。

如图4所示，所述第一连接臂结构4主要结构包括悬臂端头30、左转轴31、第二减速器32、第二电机33、第二驱动器34、第一关节俯仰轴承35、第一手臂杆37、第一手臂叉杆38。悬臂端头30与第一手臂杆37螺钉连接，第一手臂杆37与第一手臂叉杆38螺钉连接，组成第二关节与第一关节的连接臂。第二减速器32安装于悬臂端头30上，其输入端与第二电机33连接，其输出端与左罩盖24连接，电机驱动，通过减速器可实现第一关节绕轴线的俯仰运动。第二驱动器34固定安装于悬臂端头30上。第一关节俯仰轴承35安装于悬臂端头30与第一右轴承盖25之间，作为第一关节俯仰部的径向支撑。第二限位挡块29安装于旋转座本体23上，作为第一关节俯仰端的机械限位。悬臂端头30两侧各安装一个第二电机电缆接头36以及一个第二电机气管接头42。由于漆雾易燃易爆，第一关节俯仰部的电机、减速器均密封安装，通过第二电机气管接头42通入正压气体进行防爆处理。电气线缆通过两侧的第二电机电缆接头36出线。小叉臂盖板40、大叉臂盖板41分别安装于第一手臂叉杆38两侧上。

如图5所示，所述第二关节结构5主要结构包括第二基座43、第三电机端盖44、第三电机运动轴47、第二关节俯仰轴承48、第三电机49、第四电机端盖54、第四电机55、第四电机运动轴56、第四电机运动轴承57。第三电机与第四电机均安装于第二基座43上，两电机旋转轴线在空间上相互垂直。第三电机49的输出端通过第三电机法兰定位环50与第一手臂叉杆38的一侧连接，作为第二关节驱动，可实现绕第二关节轴线的俯仰运动。第三电机端盖44通过螺钉固定安装于第二基座43。第三驱动器安装板45与第二基座43固定连接，第三驱动器46固定安装于第三电机驱动器安装板45上。第二关节俯仰轴承48安装于第三电机端盖44与第三电机运动轴47之间，用于第二关节俯仰部的径向支撑。第三电机运动轴47的两端分别与第一手臂叉杆38的两侧连接，一端通过螺钉固定，另一端由第三电机运动轴垫片51及第三电机锁紧螺母52固定。第四限位挡块53安装于第三电机49的电机安装座43上，用作第三电机关节的机械限位。第二关节的偏转部与第二关节的俯仰部连接部位结构相同，此处不再详细赘述。

第四电机运动轴56与第二手臂叉杆66的两侧连接，第二关节的偏转部可实现绕轴线的偏转运动。第四电机限位杆67安装于第二手臂叉杆66上，用作第二关节偏转部的机械限位。第三电机电缆出头62、第三电机气管出头63安装于第二基座43的顶部；第四电机电缆出头64、第四电机气管出头65安装于第二基座43侧面，分别用于第二关节的气管与电缆的连接。

图6为本发明中J4-J5组件的正视示意图及剖视示意图。如图6所示，所述J4-J5组件6主要结构包括J4手臂叉杆66、J4J5手臂杆68、J5手臂叉杆69，三个部件依次通过螺钉连接，作为J4关节与第三电机关节的连接臂。J4限位杆67安装于J4手臂叉杆66之间，用于J4关节的机械限位。

如图7所示，所述第三关节结构7主要结构包括第三基座71、第五电机电机端盖74、第五电机运动轴75、第三关节俯仰轴承76、第五电机77、第六电机运动轴83、第三关节偏转轴承84、第六电机85。第五电机77与第六电机85安装于第三基座71上，两电机旋转轴线在空间上相互垂直。第三关节的偏转部、俯仰部的连接结构与第二关节结构相同，此处不再说明。第五电机运动轴75与第三手臂叉杆69的两侧连接，第三关节的可实现绕轴线的俯仰运动。第五限位挡块70安装于第三手臂叉杆69上，作为第三关节俯仰部的机械限位。第六电机运动轴83安装于上连接臂93与下连接臂96之间，第三关节的偏转部可实现绕轴线的偏转运动。第六限位挡块88安装于第三基座71上，用作机械限位。第五电机电缆接头89及第五电机气管接头90安装于第三基座70上面；第六电机电缆接头91及第六电机气管接头92安装于第三基座71侧面。分别用于第三关节结构的气管与电缆的连接。

如图8所示，所述喷枪加长杆主要结构包括上连接臂93、第四基座94、第七电机95、下连接臂96、电机后盖97、第七驱动器99。上连接臂93、下连接臂96分别通过螺钉与第四基座94连接，作为与第三关节接结构与喷枪加长杆结构的连接臂。第七电机95安装于第四基座94内部，其输出端与连接法兰103连接，作为喷枪加长杆关节驱动，可实现绕机器人中心轴线的旋转运动。第七电机后盖97与第四基座通过螺钉固定连接，第七驱动器99固定安装于第七电机后盖97上，位于第四基座94内部。第七电机气管接头98与第七电机电缆接头100安装于第七电机后盖97上，分别用于关节的气管与电缆的连接。

如图9所示，所述喷枪加长杆结构9主要结构包括连接法兰103、手臂杆104、喷枪安装板105，三个结构件依次通过螺钉连接，作为喷涂加长杆。三通接头106与流量控制阀107固定安装于喷枪安装板105上，用于漆料的流量控制。喷枪10安装于喷枪安装板105末端，用于喷涂作业。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：包括喷枪及机器人本体，喷枪安装于喷涂机器人本体的一端，所述机器人本体包括底座、关节组件、用于关节组件之间相连的连接组件及喷枪加长杆结构；所述关节组件包括第一关节结构、第二关节结构及第三关节结构；所述连接组件包括第一连接臂结构、第二连接臂结构、第三连接臂结构，所述底座、第一关节结构、第一连接臂结构、第二关节结构、第二连接臂结构、第三关节结构、第三连接臂结构及喷枪加长杆结构依次相连，底座的另一端固定于外部的设备上；

所述底座为钢结构底座，其一端固定于外部的设备，其另一端与第一关节结构的一端螺纹连接；

所述第一关节结构包括第一驱动装置、第一基座及第一旋转座，所述第一驱动装置包括第一电机、第一减速器、第一驱动器及第一关节偏转轴承，所述第一基座上分别安装第一减速器、第一驱动器及第一电机，第一减速器输入端与第一电机相连，第一减速器输出端与第一旋转座的水平端连接，从而实现第一关节结构绕轴线的偏转运动；第一关节偏转轴承安装于第一基座、第一旋转座之间，以实现第一驱动装置的径向支撑；

所述第一连接臂结构包括悬臂端头、第一手臂杆、第一手臂叉杆及第二驱动装置，第二驱动装置包括第二减速器、第二电机、第二驱动器及第一关节俯仰轴承；

所述悬臂端头、第一手臂杆、及第一手臂叉杆依次通过螺纹连接；悬臂端头内部分别安装有第二电机、第二减速器及第二驱动器，第二减速器输入端与第二电机相连，第二减速器输出端与所述第一旋转座的垂直端连接，从而实现第一连接臂绕轴线作俯仰运动，第一关节俯仰轴承安装于臂端头与第一旋转座之间，已实现第二驱动装置的径向支撑。

2.根据权利要求1所述的一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：所述第二关节结构包括第三驱动装置、第四驱动装置及第二基座，第三驱动装置与第四驱动装置分别固定在第二基座上；所述第三驱动装置包括第三电机、第三驱动器、第二关节俯仰轴承；第四驱动装置包括第四电机、第四驱动器及第二关节偏转轴承；

第三电机及第三驱动器均安装于第二基座的一侧，第二基座的另一侧分别安装第四电机及第四驱动器，且第三电机与第四电机相垂直，第三电机输出端与所述第一手臂叉杆相连。

3.根据权利要求2所述的一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：所述第二连接臂结构包括依次螺纹连接的第二手臂叉杆、第二手臂杆及第三手臂叉杆，所述第四电机的输出端与第二手臂叉杆相连。

4.根据权利要求3所述的一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：所述第三关节结构包括第五驱动装置及第六驱动装置及第三基座，第五驱动装置与第六驱动装置分别固定在第三基座上；所述第五驱动装置包括第五电机、第五驱动器、第三关节俯仰轴承，第六驱动装置包括第六电机、第六驱动器及第三关节偏转轴承；第五电机、第五驱动器均安装于第三基座的一侧，第三基座的另一侧分别安装第六电机、第六驱动器，且第五电机与第六电机相垂直，第六电机输出端与所述第三手臂叉杆相连。

5.根据权利要求1所述的一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：所述第三连接臂结构包括上连接臂、下连接臂、第七驱动装置、电机后盖及第四基座，所述第七驱动装置包括第七电机、第七驱动器，上连接臂、下连接臂的一侧分别与第四基座连接，上连接臂、下连接臂的另一侧与第六电机相连；第七电机安装于第四基座的内部，第七电机后盖与第七电机座螺纹连接，第七驱动器固定安装于第七电机后盖上。

6.根据权利要求1所述的一种七自由度喷涂机器人，其特征在于：所述喷枪加长杆结构包括依次螺纹连接的连接法兰、加长杆、喷枪安装板，第七电机的输出端与连接法兰相连，喷枪安装板的末端安装有喷枪。