CN113600381A - 双混联3p-6r机器人协同喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双混联3P‑6R机器人协同喷涂装置，包括双X,Y,Z三轴移动行走机构、Z方向锁紧机构以及喷涂机械手臂。通过齿轮齿条的传动方式实现双X,Y,Z三轴移动行走机构在X,Y,Z三个方向的运动控制；采用承载平台和导向轮机构对移动行走机构进行承载与导向，通过在Z方向设置锁紧机构，起到失电保护作用，以此保证了X,Y,Z三方向的运动能够安全、稳定、可靠的进行。本发明是一种轻量化喷涂机械臂***，具有重量轻、负载大、工作空间大、运动灵活的特点；可以进行单个方向的运动，也可以进行三个方向的联动，其机器人末端的喷枪位姿在任意时刻都可以垂直于被喷涂面，实现了9自由度操控，能够满足大型船体外表面喷涂的任务需求，对大型船体涂装具有重要的应用价值。

Description

双混联3P-6R机器人协同喷涂装置

技术领域

本发明涉及船舶喷涂设备，尤其涉及一种双混联3P-6R机器人协同喷涂装置。

背景技术

目前大型船体外表面的喷涂设备多为单机械手臂喷涂，对于被喷涂工件而言，单机械手臂喷涂区域为半球包络面，喷涂的效率与范围受到了比较大的限制，而且喷涂质量不稳定，造成船体喷涂作业的返喷率较高，已经不能满足船舶喷涂对于喷涂质量和效率的要求。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种双混联3P-6R机器人协同喷涂设备，以提高大型船体外表面喷涂效率和喷涂质量。

技术方案：一种双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，包括：

双X,Y,Z三轴移动行走机构，其包括两个平行设置的X轴移动行走机构，在两个X轴移动行走机构之间，架置有两个Y轴移动行走机构，所述Y轴移动行走机构的两端与X轴移动行走机构滑动连接，使得每个Y轴移动行走机构能够沿X轴移动行走机构产生X方向的运动；每个Y轴移动行走机构上竖向安装有至少一个Z轴移动行走机构，所述Z轴移动行走机构与Y轴移动行走机构滑动连接，使得每个Z轴移动行走机构能够沿Y轴移动行走机构产生Y方向的运动；

喷涂机械手臂，通过机械手臂安装平台安装在Z轴移动行走机构上，所述机械手臂安装平台与Z轴移动行走机构滑动连接，从而带动喷涂机械手臂沿Z轴移动行走机构产生Z方向的运动；

Z方向锁紧机构，安装在机械手臂安装平台上，具体包括电磁阀、四杆机构和锁紧块；所述锁紧块通过连杆和四杆机构连接，在一定范围内运动；所述电磁阀的输出杆连接四杆机构，在失电时，电磁阀的输出杆缩回，带动四杆机构动作，使得四杆机构一侧的锁紧块紧压于Z轴移动行走机构，此时四杆机构处于死点位置；得电后，电磁阀的输出杆弹出，四杆机构带动锁紧块松开，解除锁紧状态。

进一步的，所述X轴移动行走机构和Y轴移动行走机构之间，采用齿轮齿条传动：

所述X轴移动行走机构包括X向伺服电机、X向导轨、X向齿轮、X向齿条、X向承载平台、X向导向轮以及X向导向轮销轴；其中，X向承载平台和X向导轨滑动连接，Y轴移动行走机构通过连接件安装在X向承载平台上；具体的，所述X向导轨包括一T型凸台I，T型凸台I的顶部安装有X向导向轮，X向承载平台包括一凹槽I，该凹槽I用于容纳T型凸台I及X向导向轮；所述X向导向轮和X向承载平台通过X向固定轮销轴连接；所述X向伺服电机安装在X向承载平台上，X向伺服电机与X向齿轮装配，X向齿条布置在X向导轨上，X向齿轮和X向齿条啮合；当X向伺服电机转动时，其依次通过X向齿轮、X向齿条、X向导向轮驱动X向承载平台产生X方向的运动。

优选的，所述X向导向轮的两边设计有凸缘。

进一步的，所述Z轴移动行走机构和Y轴移动行走机构之间，采用齿轮齿条传动：

所述Y轴移动行走机构包括Y向导轨、Y向伺服电机、Z向导轨安装平台、Y向销轴、Y向导向轮、Y向齿条以及Y向驱动齿轮；其中，Z向导轨安装平台和Y向导轨滑动连接，Z轴移动行走机构安装在Z向导轨安装平台上；具体的，所述Y向导轨包括一T型凸台II，T型凸台II的两端各安装有一个Y向导向轮，Z向导轨安装平台包括一凹槽II，该凹槽II用于容纳T型凸台II及两个Y向导向轮；Y向导向轮和Z向导轨安装平台通过Y向销轴连接；所述Y向伺服电机安装在Z向导轨安装平台上，Y向伺服电机和Y向驱动齿轮装配，Y向齿条布置在Y向导轨上，Y向齿条和Y向驱动齿轮啮合；当Y向伺服电机转动时，依次通过Y向驱动齿轮、Y向齿条、Y向导向轮驱动Z向导轨安装平台产生Y方向的运动。

进一步的，所述喷涂机械手臂和Z轴移动行走机构之间，采用齿轮齿条传动：

所述Z轴移动行走机构包括Z向导轨、Z向滑块、Z向驱动齿轮、Z向伺服电机、机械手臂安装平台以及Z向齿条；其中，Z向导轨的数量为4，其沿Z轴布置，构成了Z轴移动行走机构的框架，所述Z向滑块和Z向导轨滑动连接，机械手臂安装平台通过Z向滑块安装在Z轴移动行走机构的框架内；Z向齿条沿Z向布置在Z向导轨上；Z向伺服电机安装在机械手臂安装平台上，Z向伺服电机和Z向驱动齿轮装配，Z向驱动齿轮和Z方向齿条啮合；当Z向伺服电机转动时，依次通过Z向驱动齿轮、Z向齿条、Z向滑块驱动机械手臂安装平台上下移动，进而带动喷涂机械手臂在空间Z方向产生运动。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明可以进行双混联喷涂机械手臂协同喷涂，相对于单喷涂机械手臂的半球包络面，协同喷涂所形成的包络面为全覆盖球包络面，从而增加了喷涂区域范围，提高了涂装效率，对于复杂零件的喷涂具有高适应度。

(2)本发明的协同喷涂装置可实现多自由的联合运动与各自由度的单独运动，可以在不同工况下使用。

(3)本发明将X,Y,Z三个方向的移动行走机构与喷涂机械手臂联合使用，可实现9自由度操控，机器人末端的喷枪位姿在任意时刻都可以垂直被喷涂的面，能够保证喷涂不同复杂自由曲面的质量，尤其是针对一些狭小、曲率大的区域，有效避免在喷涂时所产生的流挂、针孔、起泡和桔皮等现象。

(4)本发明能够增加喷涂机械手臂在空间的运动范围，因此非常适用于不同分段船舶构件的喷涂，能够满足构件尺寸大、几何表面形状复杂多变、喷涂质量要求高的不同加工工艺要求，使得分段船舶喷涂质量与效率都得到了显著提高。

(4)本发明通过设置承载平台和导向轮机构实现承载与导向作用，加以Z方向锁紧机构进行失电保护，保证了X,Y,Z三个方向的可靠传动。

(5)本发明结构紧凑，刚度高，变形量小，解决了单机器人喷涂装置庞大，运动欠灵活等问题；使用大量的标准件，生产周期短，生产成本小，维护周期短。

附图说明

图1是本发明的一种双混联3P-6R机器人协同喷涂装置；

图2是本发明的双混联协同喷涂机械手臂的包络面；

图3是图1的X方向移动机构；

图4是图1的Y方向移动机构；

图5是图1的Z方向移动机构与喷涂机械手臂；

图6是Z方向锁紧机构；

图7是Y方向移动行走机构；

图8是Y向齿轮齿条剖视图；

图9是Y向驱动原理图；

图10是X向移动行走机构；

图11是X向移动行走机构剖视图；

图12是Z方向移动行走机构；

图13是Z方向滑块与导轨的装配关系。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括双X,Y,Z三个方向的移动行走机构，在Z方向的移动行走机构上，安装有喷涂机械手臂。本实施例通过伺服电机控制齿轮齿条实现三个方向的运动，在传动过程，导向轮和承载平台起导向与承载作用，使得在使用齿轮齿条传动时，只需要比较小的力，即可以实现X,Y,Z方向的可靠运动。本发明在各个方向的运动均可以使用伺服电机进行单独控制，可针对喷涂所产生漏喷的区域进行补喷。本发明还可以进行机器人双混联协同喷涂，所产生的喷涂区域为图2所示的全覆盖球包络面。

具体的，双X,Y,Z三轴移动行走机构，其包括两个平行设置的X轴移动行走机构1，在两个X轴移动行走机构1之间，架置有两个Y轴移动行走机构2，Y轴移动行走机构2的两端与X轴移动行走机构1滑动连接，使得每个Y轴移动行走机构2能够沿X轴移动行走机构1产生X方向的运动；每个Y轴移动行走机构2上竖向安装有至少一个Z轴移动行走机构4，Z轴移动行走机构4与Y轴移动行走机构2滑动连接，使得每个Z轴移动行走机构4能够沿Y轴移动行走机构2产生Y方向的运动；如图3-5所示分别为图1中X方向的移动行走机构1、Y方向的移动行走机构2，喷涂机械手臂3，Z方向的移动行走机构4的局部放大图。

进一步的，X轴移动行走机构1和Y轴移动行走机构2之间，采用齿轮齿条传动，具体实现方式如下：

如图10、11，X轴移动行走机构包括X向伺服电机、X向导轨17(优选采用双导轨结构)、X向齿轮18、X向齿条19、X向承载平台20、X向导向轮21以及X向导向轮销轴22。其中，X向承载平台20和X向导轨17滑动连接，Y轴移动行走机构2通过连接件安装在X向承载平台20上。具体的，X向导轨17包括一T型凸台I 171，T型凸台I 171的顶部安装有X向导向轮21，X向承载平台20包括一凹槽I201，该凹槽I 201用于容纳T型凸台I 171及X向导向轮21；X向导向轮21和X向承载平台20通过X向固定轮销轴22连接；X向伺服电机安装在X向承载平台20上，X向伺服电机与X向齿轮18装配，X向齿条19焊接在X向导轨上，X向齿轮18和X向齿条19啮合；当X向伺服电机转动时，其依次通过X向齿轮18、X向齿条19、X向导向轮21驱动X向承载平台20产生X方向的运动。

如图10、11所示，X向导向轮21的两边设计有凸缘，该结构既可以用于承载垂直于X方向的重量，又可以起到X方向的导向作用。

进一步的，Z轴移动行走机构4和Y轴移动行走机构2之间，采用齿轮齿条传动，具体实现方式如下：

如图7-9，Y轴移动行走机构2包括Y向导轨5、Y向伺服电机6、Z向导轨安装平台7、Y向销轴8、Y向导向轮9、Z向固定支座10、螺钉11、Y向齿条12以及Y向驱动齿轮16。具体的，Y向导轨5包括一T型凸台II 501，T型凸台II 501的两端各安装有一个Y向导向轮9，Z向导轨安装平台7包括一凹槽II 701，该凹槽II 701用于容纳T型凸台II 501及两个Y向导向轮9；Y向导向轮9和Z向导轨安装平台7通过Y向销轴8连接；Y向伺服电机6安装在Z向导轨安装平台7上，Y向伺服电机6和Y向驱动齿轮16装配，Y向齿条12焊接在Y向导轨5上，Y向齿条12和Y向驱动齿轮16啮合；当Y向伺服电机6转动时，依次通过Y向驱动齿轮16、Y向齿条12、Y向导向轮9驱动Z向导轨安装平台7产生Y方向的运动。Z向固定支座10通过螺钉11安装在Z向导轨安装平台7上面，Z轴移动行走机构4通过Z向固定支座10固定在Z向导轨安装平台7上，从而实现Z轴移动行走机构4的运动。

还包括Y向齿轮13、Y向固定轴14、键A 15；Y向齿轮13与Y向驱动齿轮16是同一个尺寸的齿轮，但两者作用不同，Y向齿轮13起到承载Z方向重量的作用，而Y向驱动齿轮16主要起到驱动Z向导轨安装平台7的作用。具体的，Y向固定轴14安装在Z向导轨安装平台上，Y向固定轴14的键槽安装Y向齿轮13，Y向齿轮13与键A 15装配，键A 15的作用是保证Y向齿轮13的周向固定，Y向齿轮13以Y向固定轴14为轴线旋转。

进一步的，喷涂机械手臂3和Z轴移动行走机构4之间，同样通过齿轮齿条传动的方式实现Z方向的运动，具体实现方式如下：

如图12、13，Z轴移动行走机构4包括Z向导轨25、Z向滑块25、Z向驱动齿轮26、Z向伺服电机27、机械手臂安装平台28以及Z向齿条29；其中，Z向导轨24的数量为4，其沿Z轴布置，构成了Z轴移动行走机构4的框架，所述Z向滑块25和Z向导轨24滑动连接，机械手臂安装平台28通过Z向滑块25安装在Z轴移动行走机构4的框架内；Z向齿条29沿Z方向焊接在Z向导轨24上；Z向伺服电机27安装在机械手臂安装平台28上，Z向伺服电机27和Z向驱动齿轮26装配，Z向驱动齿轮26和Z向齿条29啮合；当Z向伺服电机27转动时，依次通过Z向驱动齿轮26、Z向齿条29、Z向滑块25驱动机械手臂安装平台28上下移动，进而实现喷涂机械手臂3在空间Z方向的运动。

本发明还提出一种Z方向锁紧机构，其能够有效应对喷涂机械手臂3在Z向驱动伺服电机突然失电时引发的安全问题，起到双重保护作用。

具体的，如图6所示，Z方向锁紧机构，安装在机械手臂安装平台28上，具体包括电磁阀36、四杆机构、锁紧块23；锁紧块23通过连杆34和四杆机构连接，电磁阀36和弹簧连接后连接输出杆37，输出杆37末端连接四杆机构。四杆机构包括第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33和底架35；锁紧块23与连杆34通过球副连接，保证锁紧块23可以在一定范围内运动；连杆34与三球副连杆头30使用球副进行连接，三球副连杆头30的头部使用球副连接四杆机构的第一连杆31与第二连杆32，四杆机构的第三连杆33同样使用球副连接在底架35上面，第三连杆33与第二连杆32使用销轴进行连接，第二连杆32的末端使用球副与电磁阀的输出杆连接，使得输出杆在得电与失电时与第二连杆灵活联动。

当突然失电时，电磁阀36失电，在弹簧的作用下，电磁阀36的输出杆37向下，使得锁紧块23压紧于Z向导轨24的沟槽内，由于此时四杆机构处于死点位置，故锁紧块23紧紧的压在沟槽上面，避免了机械手臂安装平台28的下落；当得电后，电磁阀36的输出杆37弹出，锁紧块23松开，接触锁紧，Z轴移动行走机构4恢复运动。

Claims (5)

1.一种双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，其特征在于，包括：

双X,Y,Z三轴移动行走机构，其包括两个平行设置的X轴移动行走机构(1)，在两个X轴移动行走机构(1)之间，架置有两个Y轴移动行走机构(2)，所述Y轴移动行走机构(2)的两端与X轴移动行走机构(1)滑动连接，使得每个Y轴移动行走机构(2)能够沿X轴移动行走机构(1)产生X方向的运动；每个Y轴移动行走机构(2)上竖向安装有至少一个Z轴移动行走机构(4)，所述Z轴移动行走机构(4)与Y轴移动行走机构(2)滑动连接，使得每个Z轴移动行走机构(4)能够沿Y轴移动行走机构(2)产生Y方向的运动；

喷涂机械手臂(3)，通过机械手臂安装平台(28)安装在Z轴移动行走机构(4)上，所述机械手臂安装平台(28)与Z轴移动行走机构(4)滑动连接，从而带动喷涂机械手臂(3)沿Z轴移动行走机构(4)产生Z方向的运动；

Z方向锁紧机构，安装在机械手臂安装平台(28)上，具体包括电磁阀(36)、四杆机构和锁紧块(23)；所述锁紧块(23)通过连杆(34)和四杆机构连接，在一定范围内运动；所述电磁阀(36)的输出杆连接四杆机构，在失电时，电磁阀(36)的输出杆缩回，带动四杆机构动作，使得四杆机构一侧的锁紧块(23)紧压于Z轴移动行走机构(4)，此时四杆机构处于死点位置；得电后，电磁阀(36)的输出杆弹出，四杆机构带动锁紧块(23)松开，解除锁紧状态。

2.根据权利要求1所述的双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，其特征在于，所述X轴移动行走机构(1)和Y轴移动行走机构(2)之间，采用齿轮齿条传动：

所述X轴移动行走机构包括X向伺服电机、X向导轨(17)、X向齿轮(18)、X向齿条(19)、X向承载平台(20)、X向导向轮(21)以及X向导向轮销轴(22)；其中，X向承载平台(20)和X向导轨(17)滑动连接，Y轴移动行走机构(2)通过连接件安装在X向承载平台(20)上；具体的，所述X向导轨(17)包括一T型凸台I(171)，T型凸台I(171)的顶部安装有X向导向轮(21)，X向承载平台(20)包括一凹槽I(201)，该凹槽I(201)用于容纳T型凸台I(171)及X向导向轮(21)；所述X向导向轮(21)和X向承载平台(20)通过X向固定轮销轴(22)连接；所述X向伺服电机安装在X向承载平台(20)上，X向伺服电机与X向齿轮(18)装配，X向齿条(19)布置在X向导轨上，X向齿轮(18)和X向齿条(19)啮合；当X向伺服电机转动时，其依次通过X向齿轮(18)、X向齿条(19)、X向导向轮(21)驱动X向承载平台(20)产生X方向的运动。

3.根据权利要求2所述的双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，其特征在于，所述X向导向轮(21)的两边设计有凸缘。

4.根据权利要求1所述的双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，其特征在于，所述Z轴移动行走机构(4)和Y轴移动行走机构(2)之间，采用齿轮齿条传动：

所述Y轴移动行走机构(2)包括Y向导轨(5)、Y向伺服电机(6)、Z向导轨安装平台(7)、Y向销轴(8)、Y向导向轮(9)、Y向齿条(12)以及Y向驱动齿轮(16)；其中，Z向导轨安装平台(7)和Y向导轨(5)滑动连接，Z轴移动行走机构(4)安装在Z向导轨安装平台(7)上；具体的，所述Y向导轨(5)包括一T型凸台II(501)，T型凸台II(501)的两端各安装有一个Y向导向轮(9)，Z向导轨安装平台(7)包括一凹槽II(701)，该凹槽II(701)用于容纳T型凸台II(501)及两个Y向导向轮(9)；Y向导向轮(9)和Z向导轨安装平台(7)通过Y向销轴(8)连接；所述Y向伺服电机(6)安装在Z向导轨安装平台(7)上，Y向伺服电机(6)和Y向驱动齿轮(16)装配，Y向齿条(12)布置在Y向导轨(5)上，Y向齿条(12)和Y向驱动齿轮(16)啮合；当Y向伺服电机(6)转动时，依次通过Y向驱动齿轮(16)、Y向齿条(12)、Y向导向轮(9)驱动Z向导轨安装平台(7)产生Y方向的运动。

5.根据权利要求1所述的双混联3P-6R机器人协同喷涂装置，其特征在于，所述喷涂机械手臂(3)和Z轴移动行走机构(4)之间，采用齿轮齿条传动：

所述Z轴移动行走机构(4)包括Z向导轨(24)、Z向滑块(25)、Z向驱动齿轮(26)、Z向伺服电机(27)、机械手臂安装平台(28)以及Z向齿条(29)；其中，Z向导轨(24)的数量为4，其沿Z轴布置，构成了Z轴移动行走机构(4)的框架，所述Z向滑块(25)和Z向导轨(24)滑动连接，机械手臂安装平台(28)通过Z向滑块(25)安装在Z轴移动行走机构(4)的框架内；Z向齿条(29)沿Z向布置在Z向导轨(24)上；Z向伺服电机(27)安装在机械手臂安装平台(28)上，Z向伺服电机(27)和Z向驱动齿轮(26)装配，Z向驱动齿轮(26)和Z向齿条(29)啮合；当Z向伺服电机(27)转动时，依次通过Z向驱动齿轮(26)、Z向齿条(29)、Z向滑块(25)驱动机械手臂安装平台(28)上下移动，进而带动喷涂机械手臂(3)在空间Z方向产生运动。

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