本發(fā)明屬于微滴噴射領(lǐng)域，具體涉及一種微滴噴射機(jī)器人，通過(guò)按需供料的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)任意三維立體實(shí)體的微滴噴射功能。

背景技術(shù)：

微滴噴射是用外力迫使成形材料以微細(xì)液滴(或液流)的形式從噴頭容腔的小孔(噴嘴)射至底材上，形成二維圖(形)文(字)、點(diǎn)陣或三維實(shí)體。所謂“微細(xì)液滴”是指噴射的液滴尺寸可精確控制至微米(um)數(shù)量級(jí)水平的液滴，其體積可控制在微升(ul)、納升(nl)、皮升(pl)，甚至飛升(fl)數(shù)量級(jí)水平。對(duì)于現(xiàn)有的微滴噴射技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)于基于平面的微滴噴射如噴墨打印，3d打印，已成為較為成熟的技術(shù)，例如在平整的紙張，皮革，塑料等材料上進(jìn)行微滴噴射自由成形已被廣泛應(yīng)用。而對(duì)于針對(duì)已有產(chǎn)品表面進(jìn)行微滴噴射自由成形的設(shè)備目前還未見(jiàn)到有產(chǎn)品上市，即便有一些設(shè)備也僅能進(jìn)行垂直噴射，僅可以在x,y平面內(nèi)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，對(duì)于一些立面，曲面，則多采用的是手工上色、點(diǎn)樣、粘接等方式。這種方式影響了產(chǎn)品批量生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，因?yàn)閷?duì)于任意曲面微滴噴射自由成形的需求，近年來(lái)已經(jīng)非常緊迫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)黃總存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)ζ矫婕傲Ⅲw產(chǎn)品進(jìn)行微滴噴射自由成形、且體積小，但工作范圍大適應(yīng)性廣的微滴噴射機(jī)器人。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的微滴噴射機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和微滴噴射系統(tǒng)及氣動(dòng)平衡系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)同步實(shí)施運(yùn)動(dòng)控制和微滴噴射控制；所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)為多自由度的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)施空間內(nèi)多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)功能；所述微滴噴射系統(tǒng)，安裝在機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)上，采用至少兩個(gè)具有獨(dú)立伸縮且可以按需供料功能的噴頭實(shí)現(xiàn)微滴噴射功能；所述氣動(dòng)平衡控制系統(tǒng)，根據(jù)工作噴頭的氣壓變化控制噴頭內(nèi)外部的氣壓達(dá)到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)多噴或少噴。

一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括底座、回轉(zhuǎn)座、第一擺動(dòng)臂、第二擺動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)臂和第三擺動(dòng)臂，所述回轉(zhuǎn)座設(shè)置在底座上，所述第一擺動(dòng)臂設(shè)置在回轉(zhuǎn)座上，所述第二擺動(dòng)臂設(shè)置于第一擺動(dòng)臂的另一端，所述回轉(zhuǎn)臂設(shè)置在第二擺動(dòng)臂上，所述第三擺動(dòng)臂設(shè)置在回轉(zhuǎn)臂上。

一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的微滴噴射噴頭系統(tǒng)設(shè)置在擺動(dòng)臂前端；所述微滴噴射噴頭系統(tǒng)包括所述微滴噴射系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動(dòng)體和推送機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體上設(shè)有至少兩個(gè)噴頭安裝孔，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)任一噴頭安裝孔可運(yùn)動(dòng)至推送機(jī)構(gòu)處，所述推送機(jī)構(gòu)用于將該任一噴頭安裝孔中的噴頭推送噴頭安裝孔或?qū)⒃撊我粐婎^安裝孔中的噴頭收回至噴頭安裝孔中；

一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的氣動(dòng)平衡系統(tǒng)包括傳感元件、氣壓控制元件、氣液瓶、氣管和導(dǎo)液管，所述傳感元件設(shè)置在氣液瓶?jī)?nèi)，所述氣管與氣液瓶連接；所述導(dǎo)液管聯(lián)通氣液瓶與微滴噴射系統(tǒng)。

一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括底座、回轉(zhuǎn)座、擺動(dòng)臂、擺動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)臂和擺動(dòng)臂，所述回轉(zhuǎn)座設(shè)置在底座上，所述第一擺動(dòng)臂設(shè)置在回轉(zhuǎn)座上，所述第二擺動(dòng)臂設(shè)置于第一擺動(dòng)臂的另一端，所述回轉(zhuǎn)臂設(shè)置在第二擺動(dòng)臂上，所述第三擺動(dòng)臂設(shè)置在回轉(zhuǎn)臂上；所述氣動(dòng)平衡系統(tǒng)包括傳感元件、氣壓控制元件、氣液瓶、氣管和導(dǎo)液管，所述傳感元件設(shè)置在氣液瓶?jī)?nèi)，所述氣管與氣液瓶連接；所述導(dǎo)液管聯(lián)通氣液瓶與微滴噴射系統(tǒng)；所述第三擺動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)臂中設(shè)有導(dǎo)液管放置通孔。

本發(fā)明同時(shí)還提供了機(jī)器人微滴噴射控制方法，所提供的方法包括：

步驟一，生成加工文件：

(1)根據(jù)待噴涂圖像獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件，將工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件進(jìn)行插補(bǔ)，獲得工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡；

(2)生成待噴涂圖像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息為顏色信息或材質(zhì)信息；

(3)提取造型文件中各位置點(diǎn)的造型信息，獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中各位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的造型信息；

所述加工文件包括：工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡、工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中各位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的造型信息；

步驟二，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡設(shè)定工作噴頭的進(jìn)給速度和工作噴頭的初始?xì)鈮赫{(diào)平；

步驟三，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中目標(biāo)點(diǎn)的軌跡信息和工作噴頭的進(jìn)給速度控制微滴噴射機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使得工作噴頭到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)；

步驟四，判斷是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，如到達(dá)執(zhí)行步驟五，如未到達(dá)執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據(jù)工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中目標(biāo)點(diǎn)的造型信息、噴頭工作電壓信息對(duì)該位置點(diǎn)進(jìn)行噴涂；同時(shí)根據(jù)工作噴頭的氣壓變化控制噴頭內(nèi)外部的氣壓達(dá)到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)多噴或少噴；

步驟六，判斷目標(biāo)點(diǎn)是否為終點(diǎn)，如果是，結(jié)束工作，如不是，重復(fù)執(zhí)行步驟三-六。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)基于平面和曲面的產(chǎn)品進(jìn)行全方位無(wú)死角的微滴噴射自由成形。多自由臂協(xié)同作用，為微滴噴頭提供了更多自由度，工作形式更加靈活，可直接讓圖文立體造型更便捷的作用于物品上，實(shí)現(xiàn)微滴噴射全方位無(wú)死角的工作。

(2)本發(fā)明氣動(dòng)平衡系統(tǒng)可以讓噴頭在高低俯仰之間的姿態(tài)變化更加自由，不會(huì)因?yàn)楦叨雀淖兌l(fā)生斷料的現(xiàn)象。

(3)本發(fā)明采用了微滴噴射噴頭系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微升(ul)、納升(nl)、皮升(pl)，甚至飛升(fl)級(jí)的精密噴涂，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多種材質(zhì)的液滴通過(guò)不同的噴頭采用疊印的方式以獲得更為復(fù)雜的噴射效果，方便用于復(fù)雜電子電路制造、特殊醫(yī)藥試劑點(diǎn)樣、特殊化學(xué)試劑點(diǎn)樣、精細(xì)化學(xué)合成等眾多應(yīng)用場(chǎng)合，尤其配上機(jī)器人的復(fù)雜且精密運(yùn)動(dòng)功能，更適合有效提升在這些領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

附圖說(shuō)明

圖1-2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)參考示意圖；

圖3為本發(fā)明的控制方法流程圖；

圖4為實(shí)施例2的待噴涂圖像；

圖5為實(shí)施例3的待噴涂圖像。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述“提取造型文件中相應(yīng)位置點(diǎn)的顏色信息或材質(zhì)信息，獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中各位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色信息或材質(zhì)信息的方法”采用zl201010614184.2中所公開的方法。

本發(fā)明可以根據(jù)工作需要增加機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)臂增加自由度，也可以通過(guò)增加轉(zhuǎn)頭，滑軌，增加工件加工適應(yīng)性。

本發(fā)明的造型信息包括顏色信息、材質(zhì)信息等。

本發(fā)明的微滴噴射系統(tǒng)具體實(shí)施方式可參考cn201610349645.5公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)采用至少兩個(gè)具有獨(dú)立伸縮且可以按需供料功能的噴頭實(shí)現(xiàn)微滴噴射功能。

本發(fā)明的控制方法實(shí)施過(guò)程中可采用cam軟件對(duì)待噴涂的圖像編程獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件，將工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件進(jìn)行插補(bǔ)，獲得工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡。

本發(fā)明的控制方法實(shí)施過(guò)程中可采用造型軟件生成待噴涂的圖像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息為顏色信息或材質(zhì)信息。

以下是發(fā)明人提供的具體實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步解釋說(shuō)明。

實(shí)施例1：

該實(shí)施例的微滴噴射機(jī)器人包括控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和微滴噴射系統(tǒng)及氣動(dòng)平衡系統(tǒng)；其中的控制系統(tǒng)同步控制運(yùn)動(dòng)控制和微滴噴射控制；

如圖1-2所示，機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括底座1、回轉(zhuǎn)座2、擺動(dòng)臂3、擺動(dòng)臂4、回轉(zhuǎn)臂5、擺動(dòng)臂6，可以根據(jù)需要底座選配回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或移動(dòng)滑軌；回轉(zhuǎn)座2設(shè)置在底座1上，可以繞縱向軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)；擺動(dòng)臂3設(shè)置在回轉(zhuǎn)座1上，并可以圍繞連接點(diǎn)自由擺動(dòng)；擺動(dòng)臂4設(shè)置于擺動(dòng)臂3的另一端，且可以繞連接點(diǎn)自由擺動(dòng)；回轉(zhuǎn)臂5設(shè)置在擺動(dòng)臂4上，且可繞接觸面的法向軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)；擺動(dòng)臂6設(shè)置在回轉(zhuǎn)臂5上，可繞連接點(diǎn)自由擺動(dòng)；

如圖2所示，微滴噴射噴頭系統(tǒng)12設(shè)置在擺動(dòng)臂6前端內(nèi)置轉(zhuǎn)盤的容腔內(nèi)；所述內(nèi)置轉(zhuǎn)盤軸向開設(shè)有至少2個(gè)相互并行的且沿圓周均布的噴頭容腔；根據(jù)工作需要，噴頭16可為電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)式、閥控式、熱泡式、壓電式、靜電式等形式；工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤13轉(zhuǎn)動(dòng)將工作噴頭帶到氣缸14同一軸向上，氣缸通過(guò)推桿15驅(qū)動(dòng)噴頭16運(yùn)動(dòng)；

氣動(dòng)平衡系統(tǒng)則將傳感元件設(shè)置在氣液瓶11內(nèi)，氣壓控制元件8安置在回轉(zhuǎn)座2上，通過(guò)氣管9與氣液瓶11連接；擺動(dòng)臂4和回轉(zhuǎn)臂5中有導(dǎo)液管10放置通孔，導(dǎo)液管與各噴頭聯(lián)通；外漏的導(dǎo)液管10外設(shè)有套管7。啟動(dòng)平衡控制工作流程如下：因?yàn)槠績(jī)?nèi)壓力p變化會(huì)引起傳感器輸出電壓v發(fā)生改變，通過(guò)24位ad采集傳感器反饋的電壓v，系統(tǒng)算出瓶?jī)?nèi)壓力p，并與設(shè)定值ps進(jìn)行比對(duì)若∣p-ps∣≤2mb則不進(jìn)行調(diào)節(jié)，若不是則通過(guò)電子壓力控制器進(jìn)行增/減壓力調(diào)節(jié)。

另外一種實(shí)施方案中，在上述方案的基礎(chǔ)上，擺動(dòng)臂4內(nèi)需有為圓角過(guò)渡的液管通道，電機(jī)/減速機(jī)可與回轉(zhuǎn)軸同軸安裝在擺動(dòng)臂內(nèi)部或外部，也可通過(guò)齒輪帶輪等傳動(dòng)方式達(dá)到這一目的；圓角的設(shè)計(jì)是為了保護(hù)液管不被棱角碰傷，卡死，導(dǎo)致無(wú)法正常輸液。

該實(shí)施例中的，回轉(zhuǎn)座2的工作范圍或方向是正負(fù)360°，擺動(dòng)臂3的工作范圍或方向是正負(fù)360°，擺動(dòng)臂4的工作范圍或工作方向是正負(fù)360°，回轉(zhuǎn)臂5的工作范圍或工作方向是正負(fù)360°，氣液瓶11的作用是用來(lái)儲(chǔ)存液體狀待噴材料，液體材料儲(chǔ)存在氣液瓶?jī)?nèi)，氣體充入氣液瓶?jī)?nèi)將氣液瓶?jī)?nèi)液體壓至噴嘴。

實(shí)施例2：

該實(shí)施例是給圖4所示圖噴涂顏色，四個(gè)噴頭中分別裝有cmyk四種顏色?？刂品椒ㄈ缦拢?/p>

參考圖3，整個(gè)控制過(guò)程是逐點(diǎn)噴射，例如圖4中所示的任意點(diǎn)a:

步驟一，生成加工文件：

所述加工文件包括工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡、工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色信息：

(1)采用cam軟件(如ug)對(duì)所要噴涂的圖4編程獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件，將工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件進(jìn)行插補(bǔ)，獲得工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡，；

(2)采用造型軟件(如3dmax)生成圖4的包含顏色信息的造型文件(此造型文件與編程所用文件的坐標(biāo)系一致)。

(3)通過(guò)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡提取包含有顏色信息的造型文件中相應(yīng)位置點(diǎn)的顏色信息，使得工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中的各點(diǎn)與造型文件中的顏色信息一一對(duì)應(yīng)(也就是每一個(gè)點(diǎn)對(duì)于cmyk中的其中一種顏色)；

步驟二，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡設(shè)定工作噴頭的進(jìn)給速度(圖4中平面噴涂的進(jìn)給速度為2m/min，復(fù)雜曲面的進(jìn)給速度為0.5-2m/min，具體根據(jù)曲面復(fù)雜程度人為設(shè)定)和工作噴頭的初始?xì)鈮赫{(diào)平(1.2kpa±2，根據(jù)噴頭與墨瓶的相對(duì)高度設(shè)定控制氣壓)和噴頭工作電壓值(70v)及電壓動(dòng)作時(shí)間(20μs)(通過(guò)在高速相機(jī)下進(jìn)行噴射試驗(yàn)確定電壓值及動(dòng)作時(shí)間并手動(dòng)輸入系統(tǒng)中)；

步驟三，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中目標(biāo)點(diǎn)a的軌跡信息(4,5,7)和工作噴頭的進(jìn)給速度(2m/min)控制機(jī)器人各臂運(yùn)動(dòng)，使得工作噴頭到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)a；

步驟四，判斷是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)a，如到達(dá)執(zhí)行下一步，如未到達(dá)執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據(jù)工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中點(diǎn)a對(duì)應(yīng)的顏色信息(c：青色)、噴頭工作電壓信息(70v)對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行噴涂；同時(shí)根據(jù)工作噴頭的氣壓變化(1.2kpa±2)控制噴頭內(nèi)外部的氣壓達(dá)到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)多噴或少噴的問(wèn)題；

步驟六，判斷目標(biāo)點(diǎn)a是否為終點(diǎn)，如是結(jié)束工作，如不是，重復(fù)執(zhí)行步驟三-六。

實(shí)施例3：

該實(shí)施例是給電路板噴射導(dǎo)電溶液，2個(gè)噴頭中分別裝有導(dǎo)電材料(cntsuspension)和絕緣材料(浸漬漆)。

步驟一，生成加工文件：

所述加工文件包括工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡、工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中的各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的材質(zhì)信息(所述材質(zhì)信息為導(dǎo)電材料或絕緣材料)：

(1)采用cam軟件(如ug)對(duì)所要噴涂的圖5編程獲取工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件，將工作噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡文件進(jìn)行插補(bǔ)，獲得工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡，；

(2)采用造型軟件(如3dmax)生成圖5的包含材質(zhì)信息的造型文件(此造型文件與編程所用文件的坐標(biāo)系一致)。

(3)通過(guò)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡提取包含有材質(zhì)信息的造型文件中相應(yīng)位置點(diǎn)的材質(zhì)信息，使得工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中的各點(diǎn)包含有材質(zhì)信息的造型文件中的材質(zhì)相互對(duì)應(yīng)；

步驟二，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡設(shè)定工作噴頭的進(jìn)給速度(圖5中平面噴涂的進(jìn)給速度為1.5m/min，復(fù)雜曲面的進(jìn)給速度為0.5-1.5m/min，具體根據(jù)曲面復(fù)雜程度人為設(shè)定)和工作噴頭的初始?xì)鈮赫{(diào)平(5kpa±2，根據(jù)噴頭與墨瓶的相對(duì)高度設(shè)定控制氣壓)和噴頭工作電壓值(100v)及電壓動(dòng)作時(shí)間(20μs)(通過(guò)在高速相機(jī)下進(jìn)行噴射試驗(yàn)確定電壓值及動(dòng)作時(shí)間并手動(dòng)輸入系統(tǒng)中)；

步驟三，根據(jù)工作噴頭運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)軌跡中目標(biāo)點(diǎn)a的軌跡信息(5，9,10)和工作噴頭的進(jìn)給速度(1.5m/min)控制機(jī)器人各臂運(yùn)動(dòng)，使得工作噴頭到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)b；

步驟四，判斷是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)b，如到達(dá)執(zhí)行下一步，如未到達(dá)執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據(jù)工作噴頭運(yùn)插補(bǔ)軌跡中點(diǎn)b對(duì)應(yīng)的材質(zhì)信息(cntsuspension)、噴頭工作電壓信息(100v)對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行噴涂；同時(shí)根據(jù)工作噴頭的氣壓變化(5kpa±2)控制噴頭內(nèi)外部的氣壓達(dá)到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)多噴或少噴的問(wèn)題；

步驟六，判斷目標(biāo)點(diǎn)b是否為終點(diǎn)，如是結(jié)束工作，如不是，重復(fù)執(zhí)行步驟三-六。