專利名稱：室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及噴涂機(jī)器人，尤其涉及一種室內(nèi)墻面噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
對房屋墻壁表面進(jìn)行噴涂的機(jī)器人需要能夠自動上下擺動的機(jī)械臂，由機(jī) 械臂前端的噴涂裝置對墻面進(jìn)行噴涂。 一種無需使用導(dǎo)軌，就能在室內(nèi)行走的 噴涂機(jī)器人是一種尚待開發(fā)、噴涂效率高的新型機(jī)器人，此種室內(nèi)噴涂機(jī)器人 既要能靈活行走，又要有足夠的防傾翻穩(wěn)定性，它需要設(shè)計(jì)一種自動化程度高、 靈活輕便的機(jī)械臂，機(jī)械臂前端能夠保持上、下垂直運(yùn)動。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂， 它運(yùn)動靈活、自動化程度高，機(jī)械臂前端能夠保持上、下垂直運(yùn)動。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 一種室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，包括第一電 機(jī)、自鎖減速器、傳動機(jī)構(gòu)、首尾鉸接的若干臂節(jié)和控制器，所述臂節(jié)中位于 最后方的第一臂節(jié)根部鉸接在與托盤固定的支架上，所述第一電機(jī)驅(qū)動所述自 鎖減速器和傳動機(jī)構(gòu)后帶動第一臂節(jié)擺動，所述臂節(jié)中位于最前方的臂節(jié)前端 安裝有噴頭裝置；所述其余臂節(jié)的后端與電推桿的前端鉸接，該電推桿的殼體
固定在該臂節(jié)后方相鄰臂節(jié)的前部，在各所述臂節(jié)的鉸接銷軸上裝有角位移傳 感器，所述控制器能根據(jù)所述角位移傳感器采集的信息控制所述第一電機(jī)和所述電推桿。
本實(shí)用新型的電推桿或第一電機(jī)與其鄰近鉸接銷軸上的角位移傳感器之間 構(gòu)成一個反饋環(huán)節(jié)，當(dāng)需要某臂節(jié)轉(zhuǎn)動確定的角度時，由控制器發(fā)出驅(qū)動指令， 讓電推桿伸出或縮回，第一電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，同時由角位移傳感器實(shí)時檢測兩 節(jié)臂之間或第一節(jié)臂與支架之間的角度，并通過輸入通道反饋給控制器，控制 器將角位移傳感器得到的角度值與要求的角度值做差值，當(dāng)兩者的差值在進(jìn)入 允許的范圍時，控制器即可發(fā)出停止指令，使電推桿或第一電機(jī)停止動作。通 過這種方法，就可以使機(jī)械臂按確定的方式自動化工作，保證機(jī)械臂運(yùn)動靈活, 機(jī)械臂前端保持沿墻面的上、下垂直運(yùn)動。
作為優(yōu)選方案，所述第一電機(jī)是步進(jìn)電機(jī)，所述自鎖減速器和所述傳動機(jī) 構(gòu)是蝸輪蝸桿減速器，該第一電機(jī)和所述蝸輪蝸桿減速器位于所述支架的兩支 板間，所述第一電機(jī)固定在該支架上且電機(jī)軸向上與所述蝸輪蝸桿減速器的蝸 桿相連接；所述蝸輪蝸桿減速器的蝸輪固裝在所述支架和第一臂節(jié)的鉸接銷軸 上，該鉸接銷軸與第一臂節(jié)鍵或花鍵連接。
上述的進(jìn)一步改進(jìn)是為了使本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、傳動鏈更簡單，減少傳 動過程中的功率損失采用蝸輪蝸桿減速器將自鎖減速器和傳動機(jī)構(gòu)集為一體， 而且該減速器具有自鎖功能，可以使第一臂節(jié)停在任意角度，而無須外加約束； 第一電機(jī)固定在支架上，直接帶動蝸輪蝸桿減速器，減少傳動件，縮短傳動距 離。
所述臂節(jié)共有三個，其中第二臂節(jié)和第三臂節(jié)的后部分別有與后方相鄰臂 節(jié)的鉸接點(diǎn)，在該鉸接點(diǎn)后方的臂節(jié)本體向后上方折彎，在該折彎部的末端鉸 接所述電推桿。這樣可使電推桿在較小的行程內(nèi)獲得所連接臂節(jié)的更大活動范圍。
為使機(jī)械臂可以繞垂直于地面的方向轉(zhuǎn)動，所述托盤固定在旋轉(zhuǎn)柱上端面， 該旋轉(zhuǎn)柱上端由向心軸承支承在機(jī)器人移動裝置上層箱的頂蓋中，該旋轉(zhuǎn)柱的
下端通過推力軸承同軸線套接有與所述上層箱底板固定的支承柱；在所述旋轉(zhuǎn) 柱中部裝有大齒輪，該大齒輪與第二電機(jī)輸出軸上的小齒輪嚙合。
設(shè)計(jì)上述的進(jìn)一步改進(jìn)方案，是對噴涂機(jī)器人功能的擴(kuò)展，如通過對噴頭 裝置及其它相關(guān)部分改裝后，可用于打磨墻面或用作機(jī)械手等。機(jī)器人在噴涂 作業(yè)過程中，該第二電機(jī)不工作。
所述旋轉(zhuǎn)柱中心有軸向通孔，所述支承柱的上部設(shè)有與該通孔相對的型腔， 在所述型腔壁上開有與所述支承柱外壁相通的進(jìn)液孔。在上層箱中還裝有涂料 供給裝置，涂料從涂料供給裝置流出后，通過該進(jìn)液孔進(jìn)入支承柱的型腔，再 經(jīng)旋轉(zhuǎn)柱的軸向通孔從旋轉(zhuǎn)柱上端由輸送軟管與噴頭裝置連接。這樣，無論整 個機(jī)械臂如何繞垂直于地面的方向轉(zhuǎn)動，均不會引起輸送管路的纏繞。
所述臂節(jié)為鋁合金材質(zhì)，其中的每一臂節(jié)長于其前端相鉸接的臂節(jié)。由于 機(jī)械臂較長，機(jī)械臂的重心容易偏離機(jī)器人移動裝置的支承范圍，就有可能使 機(jī)器人在工作過程中發(fā)生傾翻，因此必須保證移動裝置要有足夠的重量，并通 過采用鋁合金材質(zhì)以減輕臂節(jié)重量，而遠(yuǎn)離移動裝置的臂節(jié)較短，以使整個機(jī) 器人的重心始終保持在移動裝置的支承范圍內(nèi)。
所述臂節(jié)包括兩側(cè)板和連接板，所述兩側(cè)板垂直于水平面，所述連接板的 兩端與所述兩側(cè)板固定。在保證臂節(jié)強(qiáng)度的條件下，簡單優(yōu)化臂節(jié)的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的有益效果是自動化程度高且靈活輕便，使機(jī)械臂前端能夠 保持上、下垂直運(yùn)動，而且有足夠的防傾翻穩(wěn)定性。
圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例中，下部分的軸測示意放大圖。 圖3為圖2的A向剖視放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明
如圖l和圖2所示， 一種室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂主要由托盤l、支架2、 第一電機(jī)3、蝸輪蝸桿減速器4、第一臂節(jié)5、噴頭裝置6、電推桿7、鉸接銷軸 8、角位移傳感器9、第二臂節(jié)IO、第三臂節(jié)ll、旋轉(zhuǎn)柱12、向心軸承13、推 力軸承14、支承柱15、大齒輪16、第二電機(jī)17、小齒輪18、側(cè)板19、連接板 20和控制器組成。其中，支架2垂直焊接固定在托盤1上，在支架2的上端通 過鉸接銷軸8鉸接有第一臂節(jié)5。支架2設(shè)有兩個垂直的支板，在兩支板之間裝 有第一電機(jī)3和蝸輪蝸桿減速器4，第一電機(jī)3是步進(jìn)電機(jī)固定在兩支板下部， 其電機(jī)軸向上并與蝸輪蝸桿減速器4的蝸桿相連接，該減速器中的蝸輪固裝在 支架2和第一臂節(jié)5的鉸接銷軸8上，該鉸接銷軸8與第一臂節(jié)5花鍵連接。 蝸輪蝸桿減速器4將自鎖減速器和傳動機(jī)構(gòu)集為一體，并具有自鎖功能，由第 一電機(jī)3驅(qū)動蝸輪蝸桿減速器4帶動第一臂節(jié)5擺動，并可以使第一臂節(jié)5停 在任意角度，而無須外加約束。
如圖1所示，在支架2上共首尾鉸接有三個臂節(jié)在第一臂節(jié)5前端鉸接 有第二臂節(jié)IO，在第二臂節(jié)10前端鉸接有第三臂節(jié)11，在第三臂節(jié)ll的前端 安裝有噴頭裝置6。各個臂節(jié)為鋁合金材質(zhì)，第一臂節(jié)5的長度大于第二臂節(jié) 10的長度，第二臂節(jié)10的長度大于第三臂節(jié)11的長度。各個臂節(jié)包括兩側(cè)板19和若干連接板20，兩側(cè)板19垂直于水平面，連接板20的橫截面呈"L"形， 連接板20的兩端與兩側(cè)板19的內(nèi)側(cè)固定，從而將兩側(cè)板19連接。第二臂節(jié)10 和第三臂節(jié)11均由電推桿7推動，第二臂節(jié)10和第三臂節(jié)11的后部分別有與 后方相鄰臂節(jié)相連接的鉸接點(diǎn)，在該鉸接點(diǎn)后方的第二臂節(jié)10和第三臂節(jié)11 的臂節(jié)本體向后上方折彎，在該折彎部的末端鉸接電推桿7的推桿頭，電推桿7 的殼體分別固定在第一臂節(jié)5和第二臂節(jié)10的前部。
如圖1和圖3所示，在各臂節(jié)首尾相互鉸接的鉸接銷軸8上裝有角位移傳 感器9，控制器能根據(jù)角位移傳感器9所采集的信息控制第一電機(jī)3和兩電推桿 7。電推桿7或第一電機(jī)3與其鄰近鉸接銷軸8上的角位移傳感器9之間構(gòu)成一 個反饋環(huán)節(jié)，當(dāng)需要某臂節(jié)轉(zhuǎn)動確定的角度時，由控制器發(fā)出驅(qū)動指令，讓電 推桿7伸出或縮回，第一電機(jī)3正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，同時由角位移傳感器9實(shí)時檢測 兩節(jié)臂之間以及第一節(jié)臂5與支架2之間的角度，并通過輸入通道反饋給控制 器，控制器將角位移傳感器9得到的角度值與要求的角度值做差值，當(dāng)兩者的 差值在進(jìn)入允許的范圍時，控制器即可發(fā)出停止指令，使電推桿7或第一電機(jī)3 停止動作。
如圖2和圖3所示，托盤1位于機(jī)器人行走裝置上層箱21的頂面上，托盤 1固定在旋轉(zhuǎn)柱12上端面，該旋轉(zhuǎn)柱12上端由向心軸承13支承在上層箱21的 頂蓋中，該旋轉(zhuǎn)柱12的下端通過推力軸承14同軸線套接有固定在上層箱21底 板上的支承柱15;在旋轉(zhuǎn)柱12的中部裝有大齒輪16，該大齒輪16與第二電機(jī) 17輸出軸上的小齒輪18嚙合。在旋轉(zhuǎn)柱12中心有軸向通孔12a，支承柱15的 上部設(shè)有與該通孔12a相對的型腔15a，在所述型腔15a壁上開有與所述支承柱 15外壁相通的進(jìn)液孔15b。這樣，涂料從上層箱中的涂料供給裝置流出后，通過該進(jìn)液孔15b進(jìn)入支承柱15的型腔15a ，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)柱12的軸向通孔12a從 上端由輸送軟管與噴頭裝置6連接。無論整個機(jī)械臂如何繞垂直于地面的方向 轉(zhuǎn)動，均不會引起輸送管路的纏繞。 本實(shí)用新型是這樣工作的
當(dāng)噴涂作業(yè)時，以機(jī)械臂第三臂節(jié)ll前端保持沿墻面的上、下垂直運(yùn)動為 條件，由控制器發(fā)出驅(qū)動指令，讓電推桿7伸出或縮回帶動第二臂節(jié)5、第三臂 節(jié)IO,第一電機(jī)3正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿減速器4帶動第一臂節(jié)5擺動，以 使某臂節(jié)轉(zhuǎn)過確定的角度，同時由角位移傳感器9實(shí)時檢測兩節(jié)臂之間以及第 一節(jié)臂5與支架2之間的角度，并通過輸入通道反饋給控制器，控制器將角位 移傳感器9得到的角度值與要求的角度值做差值，當(dāng)兩者的差值在進(jìn)入允許的 范圍時，控制器即可發(fā)出停止指令，使電推桿7或第一電機(jī)3停止動作，這樣 就可使機(jī)械臂按確定的方式自動化噴涂。
若是對噴涂機(jī)器人的噴頭裝置6及其它相關(guān)部分改裝后，將其用作打磨墻 面或用作機(jī)械手等，需要整個機(jī)械臂繞垂直于地面的方向轉(zhuǎn)動，此時第二電機(jī) 17啟動，經(jīng)小齒輪18帶動大齒輪16、旋轉(zhuǎn)柱12旋轉(zhuǎn)，從而使托盤l、機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1、一種室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于包括第一電機(jī)(3)、自鎖減速器、傳動機(jī)構(gòu)、首尾鉸接的若干臂節(jié)和控制器，所述臂節(jié)中位于最后方的第一臂節(jié)(5)根部鉸接在與托盤(1)固定的支架(2)上，所述第一電機(jī)(3)驅(qū)動所述自鎖減速器和傳動機(jī)構(gòu)后帶動第一臂節(jié)(5)擺動，所述臂節(jié)中位于最前方的臂節(jié)前端安裝有噴頭裝置(6)；所述其余臂節(jié)的后端與電推桿(7)的前端鉸接，該電推桿(7)的殼體固定在該臂節(jié)后方相鄰臂節(jié)的前部，在各所述臂節(jié)的鉸接銷軸(8)上裝有角位移傳感器(9)，所述控制器能根據(jù)所述角位移傳感器(9)采集的信息控制所述第一電機(jī)(3)和所述電推桿(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所述第 一電機(jī)(3 )是步進(jìn)電機(jī)，所述自鎖減速器和所述傳動機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿減速器(4)， 該第一電機(jī)(3)和所述蝸輪蝸桿減速器(4)位于所述支架(2)的兩支板間， 所述第一電機(jī)(3)固定在該支架(2)上且電機(jī)軸向上與所述蝸輪蝸桿減速器(4)的蝸桿相連接；所述蝸輪蝸桿減速器(4)的蝸輪固裝在所述支架(2)和 第一臂節(jié)(5)的鉸接銷軸(8)上，該鉸接銷軸(8)與第一臂節(jié)(5)鍵或花 鍵連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所述臂 節(jié)共有三個，其中第二臂節(jié)(10)和第三臂節(jié)(11)的后部分別有與后方相鄰 臂節(jié)的鉸接點(diǎn)，在該鉸接點(diǎn)后方的臂節(jié)本體向后上方折彎，在該折彎部的末端 鉸接所述電推桿(7)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所述托盤(1)固定在旋轉(zhuǎn)柱(12)上端面，該旋轉(zhuǎn)柱(12)上端由向心軸承(13)支 承在機(jī)器人行走裝置上層箱(21)的頂蓋中，該旋轉(zhuǎn)柱(12)的下端通過推力 軸承(14)同軸線套接有固定在所述上層箱(21)底板上的支承柱(15);在所 述旋轉(zhuǎn)柱(12)中部裝有大齒輪(16)，該大齒輪(16)與第二電機(jī)(17)輸出 軸上的小齒輪(18)嚙合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所述旋 轉(zhuǎn)柱(12)中心有軸向通孔(12a)，所述支承柱(15)的上部設(shè)有與該通孔(12a) 相對的型腔(15a)，在所述型腔(15a)壁上開有與所述支承柱(15)外壁相通 的進(jìn)液孔(15b)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所 述臂節(jié)為鋁合金材質(zhì)，其中的每一臂節(jié)長于其前端相鉸接的臂節(jié)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，其特征在于所述臂 節(jié)包括兩側(cè)板(19)和連接板(20)，所述兩側(cè)板(19)垂直于水平面，所述連 接板(20)的兩端與所述兩側(cè)板(19)固定。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種室內(nèi)噴涂機(jī)器人的機(jī)械臂，包括第一電機(jī)(3)、自鎖減速器、傳動機(jī)構(gòu)、首尾鉸接的若干臂節(jié)和控制器，所述臂節(jié)中位于最后方的第一臂節(jié)(5)根部鉸接在與托盤(1)固定的支架(2)上，所述第一電機(jī)(3)驅(qū)動所述自鎖減速器和傳動機(jī)構(gòu)后帶動第一臂節(jié)(5)擺動，所述臂節(jié)中位于最前方的臂節(jié)前端安裝有噴頭裝置(6)；所述其余臂節(jié)由電推桿(7)推動，在各臂節(jié)的鉸接銷軸(8)上裝有角位移傳感器(9)，所述控制器能根據(jù)所述角位移傳感器(9)采集的信息控制所述第一電機(jī)(3)和所述電推桿(7)。本實(shí)用新型自動化程度高且靈活輕便，使機(jī)械臂前端能夠保持上、下垂直運(yùn)動，而且有足夠的防傾翻穩(wěn)定性。
文檔編號B25J18/04GK201432305SQ20092012729
公開日2010年3月31日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者侯海波, 周明紅, 尹先進(jìn), 李奇敏 申請人:重慶大學(xué)