CN1052801A

CN1052801A - 喷漆机器人

Info

Publication number: CN1052801A
Application number: CN 89104152
Authority: CN
Inventors: 吴慰祖
Original assignee: High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-07-10

Abstract

本发明涉及一种喷漆机器人。设计这种喷漆机器人采用了单臂细杆结构，采用了步进电动机与谐波减速器技术。因而喷漆机器人结构紧凑、小巧、重量轻；能沿工件长度方向在轨道上行走，故覆盖空间大，并能对复杂工件实施内喷。

Description

本发明涉及一种喷漆机器人，特别涉及一种轻型复合式、能对复杂工件进行内外喷涂的喷漆机器人。

喷漆机器人世界上已有以液压驱动和以直流伺服电机驱动的结构型式。

这两种喷漆机器人存在以下缺点：①喷漆机器人比较笨重，自重达300～500公斤，②不便于行走，因而覆盖空间小;③对复杂工件内部喷涂的能力较弱。

本发明的目的是克服上述缺点，设计一种结构简单、紧凑，重量轻;能进行全自动喷涂;能行走，从而覆盖空间大;同时能对复杂工件进行内喷的喷漆机器人。

为了达到上述目的，本发明的喷漆机器人由执行机构和控制系统组成。其中执行机构包括底座、支架、驱动机构和喷枪。控制系统包括中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口（I/O）、电源和光电轴角编码器，所说的执行机构还有行走轨道、滚轮和一根伸缩单臂细杆，驱动机构由谐波减速器与步进电动机组成，可实现无级变速。控制系统中有多个多主中央处理单元（多主CPU），其中一个多主中央处理单元（多主CPU）为主处理单元（主CPU），它用于控制其余的多主中央处理单元（多主CPU）的运行，并控制漆路、换色系统以及机器人的安全保护与示教系统，其余的每个多主中央处理单元（多主CPU）控制机器人执行机构中的一种运动，如单臂细杆与喷枪的自由伸缩、转动和底座的行走，从而可对大工件进行大面积覆盖，对复杂工件来说，只要喷枪能伸进去，都能对其内腔进行自动喷涂。

本发明为了达到减轻喷漆机器人整体重量的目的，采用了直接动力平衡原理进行设计。具体地说，采用了单臂细杆结构，加之采用了步进电动机与谐波减速器，从而使喷漆机器人的结构更加紧凑、小巧、重量轻。整个喷漆机器人的重量不到100公斤，只有其它结构的喷漆机器人重量的四分之一到三分之一。正因为整个喷漆机器人的重量轻，所以能采用齿轮与齿条使之在轨道上行走，可沿工件长度方向行走7m以上，这样对工件的覆盖空间就大了。本发明的喷漆机器人的动作空间比其它结构的喷漆机器人大三倍以上。由于采用了单臂细杆结构，对复杂工件来说，只要单臂细杆与喷枪能伸进去，就能对其实施内喷。

本发明采用了步进电动机与谐波减速器技术，实现了无级变速。

本喷漆机器人中的控制系统还配备了灵活的示教系统，可在生产线上方便、灵活地示教喷漆轨迹、喷漆速度和换色要求。

本发明的喷漆机器人的单臂细杆可以是实心的，也可以是空心的，以便用来作为安装输漆、输气管道和导线的通路。

本发明中的控制系统采用工业标准微机总线（STD-BUS），以多主CPU的STD-BUS对喷漆机器人实施完全直接数字控制，示教容量大、控制精度高、可靠性好。基本控制软件、轨迹拟合、示教系统等软件系统功能完善。对任意全自动流水线和任意复杂结构的工件，只要经过示教就能以最适宜的喷漆速度实施喷涂。

下面结合附图，对本发明的一个实施例进行详细说明。

附图中，图1是机器人的主视图，图2是机器人的俯视图，图3是沿图1中A-A线的剖面放大图，图4是沿图1中B-B线的剖面放大图，图5是机器人的控制方框图。

其中：1-轨道 2-第一支架 3-防倾轮

4-防倾轮架 5-滚轮 6-轮架

7-底座 8-齿条 9-齿轮

10-齿轮架 11-第二支架 12-外罩

13-挡块 14-导向套 15-导向装置

16-单臂细杆 17-限位套 18-过渡段

19-第五支架 20-喷枪固定板 21-第六支架

22-第四支架 23-连轴器 24-齿轮轴

25-小支架 26-第三支架 27-支座

图中：a为气管 b为电缆 c为漆管

1G为第一光电轴角编码器……6G为第六光电轴角编码器，

1M为第一步进电动机……6M为第六步进电动机，

1B为第一谐波减速器，3B、5B、6B分别为第三、第五、第六谐波减速器，

整个喷漆机器人安装在底座7上，由步进电动机2M通过齿条8和齿轮9驱动机器人沿轨道1行走。步进电动机2M和光电轴角编码器2G装在第二支架11上。光电轴角编码器1G-6G用来检测步进电动机1M-6M的运行。步进电动机1M和谐波减速器1B实现喷漆机器人的腰转运动。步进电动机1M、谐波减速器1B和光电轴角编码器1G安装在第一支架2上。步进电动机3M通过谐波减速器3B驱动导向套14俯仰，从而实现喷漆机器人的俯仰运动。步进电动机3M、谐波减速器3B和光电轴角编码器3G装在第三支架26上。步进电动机4M通过连轴器23、齿轮轴24和单臂细杆16上的齿条驱动单臂细杆16沿着导向套14作伸缩运动。步进电动机4M和光电轴角编码器4G装在第四支架22上，第四支架22和齿轮轴24及小支架25又都装在导向套14上，连同导向套14一起俯仰。步进电动机5M、6M和谐波减速器5B、6B实现腕部和指部的转动。步进电动机5M、谐波减速器5B和光电轴角编码器5G装在第五支架19上。步进电动机6M、谐波减速器6B和光电轴角编码器6G装在第六支架21上。

为防止机器人在单臂细杆（手臂）伸到最长并做快速运动时发生意外的倾斜和增大稳定性，在行走部分的底座7上设有四个防倾轮3，防倾轮3与轨道1下沿接触，其松紧是可调的。

喷枪（图中未标明）装在腕部上方的喷枪固定板20上。喷枪可以是静电喷涂喷枪，可以是空气雾化喷枪，也可以是喷粉喷枪。

如图3中所示，单臂细杆16的两侧加工成平面，以便进行导向。此外本实施例中的单臂细杆16做成空心的，这样既有利于减轻重量，又可以利用空心内腔来安置输漆、输气管道与导线等，达到简化构造的目的。

控制系统如图5所示，其中50-电源，51-多主CPU，52-上位机，531～536存储器，541～546-多主CPU，551～556-并行输入/输出接口板，561～566-驱动电源，1M～6M-步进电动机，1G～6G光电轴角编码器

57-存储器（ROM）

58-存储器（RAM）

59-存储器（带后备电池的ROM）

60-中断优先级控制器

61-机械限位开关

62-通用输入/输出接口板

63-工业输入/输出接线排

64-漆路换色系统

65-TTL输入/输出接口板

66-示教盒

电源50提供+5V，±12V三种直流电源，供STD-BUS上所有模板使用;

多主CPU 51用于控制其余多主CPU 541～546的运行，控制漆路，换色系统64，示教盒66，运行示教程序，控制机械限位开关61以及与上位机52的通信;

上位机52用于开发STD-BUS或用于与STD-BUS的通信;

存储器531～536是多主CPU 541～546板上局部存储器（RAM）和用于固化程序的EPROM;

多主CPU 541～546分别控制步进电动机1M～6M的运行;

并行输入/输出接口板551～556分别安装在多主CPU 541～546板上，并行输入/输出接口板551～556的输出线组成环形分配器，控制驱动电源561～566的运行，并行输入/输出接口板551～556的输入线检测驱动电源是否出现故障;

驱动电源561～566分别驱动步进电动机1M～6M运行;

光电轴角编码器1G～6G分别检测步进电动机1M～6M运行是否准确;

存储器57用于固化操作系统;

存储器58用于存放数据和多主CPU 51、541～546之间通信;

存储器59是带后备电池的RAM，用于存放文件和数据;

中断优先级控制器60和机械限位开关61用于机器人的安全保护;

通用输入/输出接口板62，工业输入/输出接线排63和漆路换色系统64用于喷涂、换色和漆路清洗作业;

TTL输入/输出接口板65和示教盒66用于工件喷涂的现场示教操作。

按照以上附图的实施例所制造的本发明喷漆机器人，经过试用，效果很好，达到了设计要求。本发明的机器人与日本三菱公司研制的用直流伺服电机驱动的喷漆机器人及以液压驱动的关节式喷漆机器人的性能对比如附表所示。从附表中可以看出，本发明的喷漆机器人的性能比液压驱动与直流伺服电机驱动的喷漆机器人有许多优越性。尤其是这两种结构型式的喷漆机器人的三个主要缺点都得到了克服。首先喷漆机器人的重量从500公斤下降到100公斤以下;其次是从不便行走到能行走7m以上;再就是不仅能外喷漆，而且能对复杂工件进行内喷。

由于采用直接动力平衡原理进行设计，且采用步进电动机和谐波减速器技术，直接将执行机构布置于各个关节部位，从而使喷漆机器人本体结构更趋紧凑，小巧，整个机器人重量不到100公斤。由于本发明的喷漆机器人重量不到100公斤，所以根据较大、较长工件的特点，机器人可沿工件长度方向沿轨道行走、行程达7m以上。这样，在流水线上，既可以移动工件、又可以移动喷漆机器人。使用更加灵活、方便，采用轻型、薄壳单臂细杆结构，只要喷枪与单臂细杆能伸进去的复杂工件，都能对其实施内喷作业。采用多个主CPU的STD-BUS对喷漆机器人实施完全直接数字控制，示教容量大。喷漆机器人有几个运动自由度就应由几个多主CPU控制，另外，整个喷漆机器人的管理用一个多主CPU控制，既控制其它多主CPU的运行，又控制漆路、换色系统、机器人的安全保护及示教系统。基本软件、轨道拟合、示教系统等软件功能完善。对任意全自动流水线和任意复杂结构的工件，只要经过示教就能以最适宜的喷漆速度实施喷涂。

本发明的喷漆机器人用途极为广泛，具体说可用于如下作业：

①适用于汽车制造业，小轿车、单排、双排座驾驶室、车厢、大轿车等各类汽车的内外表面喷漆作业;

②适用于火车、列车车厢内外表面喷漆作业;

③适用于冰箱、洗衣机等产品的喷漆作业;

④适用于各类电器仪表柜的喷漆作业;

⑤适用于机床、集装箱等有关机械产品的喷漆作业;

⑥可在任意流水线上实现多台喷漆机器人群体喷漆作业;

⑦配上自动输漆换色系统，在自动流水线上可实现自动输漆与自动换色;

⑧可配用空气雾化式喷枪，也可配用静电喷枪;

⑨能够以较低的成本满足大型工件的喷漆作业。

Claims

1、一种喷漆机器人，它由执行机构与控制系统组成，其中执行机构包括底座、支座、支架、驱动机构、电机和喷枪，所说的控制系统包括中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口、电源和光电轴角编码器，其特征在于执行机构还包括行走轨道、滚轮和一根伸缩单臂细杆(手臂)，驱动机构由谐波减速器与步进电动机组成，可实现无级变速；所说的控制系统中有多个多主中央处理单元(多主CPU)，其中一个多主中央处理单元(多主CPU)，为主处理单元(主CPU)，它用于控制其余的多主中央处理单元(多主CPU)的运行，其余的每个多主中央处理单元(多主CPU)控制机器人执行机构中的一种运动。

2、如权利要求1所述的喷漆机器人，其特征在于所说的喷枪是静电喷涂喷枪。

3、如权利要求1所述的喷漆机器人，其特征在于所说的喷枪是空气雾化喷枪。

4、如权利要求1所述的喷漆机器人，其特征在于所说的喷枪是喷粉喷枪。

5、如权利要求1所述的喷漆机器人，其特征在于所说的单臂细杆为空心薄壳结构，其空心内腔供安装输漆、输气管道和导线用。

6、如权利要求1或5所述的喷漆机器人，其特征在于所说的单臂细杆两侧加工成做导向用的平面。

7、如权利要求1所述的喷漆机器人，其特征在于所说的控制系统采用工业标准微机总线（STD-BUS）。

8、如权利要求1或7所述的喷漆机器人，其特征在于所说的控制系统可配备示教系统。