專利名稱：一種噴涂機器人驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及噴涂機器人，特別涉及一種噴涂機器人驅動裝置
背景技術：
現有涂裝生產線運用的噴涂機器人是串聯式噴涂機器人或往復式噴涂機器人。往復式噴涂機器人柔性比較低，噴漆軌跡單一，浪費油漆。中國專利申請CN200480008390. 1公開了一種在涂裝生產線運用的噴涂機器人的實例，其包括第一至第四機器人，它們全由控制器控制并設置為靠近傳送線，以及噴射器機構，其設在第一至第四機器人的臂的端部上，該第一至第四機器人的動作被教導，將包括丙烯酸共聚物的液體噴射到車身上。該機器人是多關節工業機器人，其包括底座、以及從底座依順序的第一臂、第二臂和第三臂，并且第三臂的末端設有噴射器機構。串聯式噴涂機器人結構復雜、形式單一、零件難加工。

發明內容
本發明是提供一種驅動方式柔性高，結構簡單，性能可靠的智能噴涂機器人。本發明的技術解決方案是一種噴涂機器人包括平面框架驅動裝置和機械臂驅動裝置，所述平面框架驅動裝置包括升降驅動裝置和左右水平驅動裝置，升降驅動裝置和左右水平驅動裝置安裝在平面框架里，升降驅動裝置通過伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠帶動滾珠螺母滑塊座作升降運動，從而帶動噴涂機器人做上下升降運動；左右水平驅動裝置通過伺服電機帶動線性模組滑塊做左右運動，機器人機械臂通過上線性模組滑塊和下線性滑軌滑塊設置在上支撐板和下支撐板之間，來達到噴涂機器人左右水平移動；所述機械臂驅動裝置包括中間旋轉驅動機構、伸縮驅動機構和前端的擺動驅動機構，中間旋轉驅動機構通過伺服電機帶動齒輪副旋轉，來達到機械臂的旋轉運動；伸縮驅動機構與中間旋轉驅動機構中從動齒輪連接，伸縮驅動機構通過伺服電機帶動絲杠旋轉，滾珠花鍵軸把滾珠絲杠螺母的旋轉運動轉化為機械臂伸縮運動；前端擺動驅動機構通過漲緊套連接在伸縮驅動機構的伸縮軸前端，前端擺動驅動機構通過伺服電機減速機帶動擺轉軸轉動，從而帶動噴槍做擺轉運動。以上機構均能對噴槍單獨進行操作，也可以將上述運動一個以上的運動合成起來，就能使噴槍在空間內完成復雜的空間曲線運動，即能完成各種工件的噴涂任務。智能控制系統控制所有伺服電機動作帶動對應元件實現噴槍的上下升降、左右平移、前后伸縮、士90°擺動并保持噴涂方向始終垂直于工作面。輸調漆系統控制噴槍的噴涂、噴速、噴涂時間、顏色。所述輸調漆系統和智能控制系統均按放在噴漆室外部，它包括一系列的集成，用于該機器人的噴漆與控制。本發明智能控制系統和輸調漆系統分別通過電纜和管路與相應的驅動裝置相連。 由于本發明機器人運動范圍確定，各驅動裝置位置角度確定，從而能有效避免管路和電纜纏繞。
由于本發明平面框架結構確保了整個驅動機架的強度和剛度，因而確保了噴涂機器人在平面框架結構內移動穩定性和平順性。由于本發明噴涂機器人由伺服電機和滾珠絲桿帶動滾珠螺母滑塊座上下移動或帶動上線性模組滑塊左右移動，將伺服電機轉動轉換成滑塊直線運動，由于滾珠絲桿驅動方式能確?；瑝K非常高的定位精度。由于本發明上線性模組滑塊在滾珠絲桿驅動下沿上線性模組滑軌左右滑動，從而大大改善了滾珠絲杠的受力狀況，即滾珠絲杠主要起驅動滑塊移動作用，而上線性模組滑軌承擔著懸掛作用，從而大大減輕伺服電機驅動力。由于本發明升降驅動裝置安裝在平面框架里，它通過伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠上螺母做上下運動，從而帶動滾珠螺母滑塊座沿滑軌上下升降，從而大大改善了滾珠絲杠的受力狀況，從而減輕伺服電機驅動力。由于本發明升降移動和左右移動由不同伺服電機驅動，從將機器人復雜行走運動簡單化，確保移動精確控制到位。本發明噴涂機器人在平面框架結構內上下左右移動。該平面框架結構能精確地確保本發明噴涂機器人移動的位置度、平行度、穩定度，不會出現串聯式機器人懸臂梁撓度問題及振動不穩定的問題。本發明噴涂機器人的伺服電機均外置，從而便于安裝、拆卸及維護方便。本發明噴涂機器人上下升降、左右移動、機械人機械臂旋轉、伸縮和擺動分別由不同伺服電機控制驅動，因此具有柔性高，結構簡單，性能可靠。本發明伺服電機均能對噴槍單獨進行操作，也可以將上述運動一個以上的運動合成起來，故障易于排除，易于程序調控，安全可靠，就能使噴槍在空間內完成復雜的空間曲線運動，即能完成各種工件的自動噴涂任務。


圖1是在框架內平面移動的本發明噴涂機器人透視圖；圖2是在框架內平面移動的本發明噴涂機器人另一視角的透視圖；圖3是在框架內平面移動的本發明噴涂機器人正視圖；圖4是本發明噴涂機器人機械臂透視圖；圖5是本發明噴涂機器人機械臂的另一個實施方式示意圖相同的附圖標記表示相同部件或相似部件，其中附圖標記表示如下1升降伺服電機、2升降柔性聯軸器、3上軸承座、4機身、5升降滾珠絲杠、6橫向移動伺服電機、7上線性模組、8上支撐板、9上線性模組滑塊、10伸縮伺服電機、11機器人臂旋轉裝置、12下支撐板、13左右移動導向軌、14噴槍支架、15噴槍擺動支架、16擺動伺服電機及減速機、17噴槍、18下軸承座、19擋板、20機座、21滾珠絲杠固定筒、22滾珠花鍵軸支架、 23輸調漆系統、對智能控制系統、25框架上橫梁、沈上線性模組滾珠絲杠、27下線性滑軌滑塊、觀錐齒輪傳動箱、四移動柔性聯軸器、30左移動限位開關、31右移動限位開關、32上升位限位開關、33下降位限位開關、34滾珠螺母滑塊座、38轉向支架、39滾珠花鍵伸縮軸、40 從動軸齒輪、41主動軸齒輪、42旋轉座、43旋轉伺服電機、44固定筒連接法蘭、45伸縮伺服電機、46伸縮柔性聯軸器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明具體實施方式
進行詳細說明。圖1-3示出了在框架內平面移動的本發明噴涂機器人。其中左右升降伺服電機1 置于左右機身4的框架頂部。升降伺服電機1下端依次連接升降柔性聯軸器2、上軸承座3 和升降滾珠絲杠5，升降滾珠絲杠5上端連接在上軸承座3上，下端連接在下軸承座18上。 左右機身4分別呈H形框架結構，其升降柔性聯軸器2、上軸承座3、升降滾珠絲杠5和下軸承座18分別置于機身4的H形框架內。上支撐板8和下支撐板12左右兩端滾珠螺母滑塊座34分別套接于升降滾珠絲杠5上。上述升降伺服電機1、升降柔性聯軸器2、上軸承座3、機身4、升降滾珠絲杠5和下軸承座18構成了本發明噴涂機器人上下升降裝置，升降伺服電機1帶動升降柔性聯軸器2 轉動，升降柔性聯軸器2帶動固定在上下軸承座3、18之間的升降滾珠絲杠5轉動，升降滾珠絲杠5帶動支撐板8和下支撐板12的同步上下升降運動。左右機身4通過擋板19固定在機座20上，機座20既可以固定在地面上，也可以在其底部安裝滾輪，可滾動地連接鐵軌上，可以采用伺服電機和線性模塊驅動機座20沿鐵軌移動(圖中未示出)。左右機身4上端通過框架上橫梁25連接起來，即左右機身4、上橫梁25和機座20構成平面框架結構，本發明噴涂機器人在該平面框架結構內上下左右移動。 從而能確保本發明噴涂機器人移動的位置度、平行度、穩定度。本發明不會出現串聯式機器人懸臂梁撓度問題及振動不穩定的問題。在平面框架結構中，設置有上支撐板8和下支撐板12，上支撐板8和下支撐板12 的左右兩端分別固定在滾珠螺母滑塊座34上，滾珠螺母滑塊座34套接在升降滾珠絲杠5 上。上線性模組7固定在上支撐板8上，上線性模組7又包括上線性模組滾珠絲杠洸、 上線性模組滑軌和上線性模組滑塊41，上線性模組滑塊41設置有滾珠絲桿軸承，該滾珠絲桿軸承套接在上線性模組滾珠絲杠26上，上線性模組滑塊41在滾珠絲桿驅動下沿上線性模組滑軌左右滑動。橫向移動伺服電機6、錐齒輪傳動箱觀和移動柔性聯軸器四依次設置在上支撐板8的右上端，橫向移動伺服電機6驅動錐齒輪傳動箱觀，帶動移動柔性聯軸器四，驅動上線性模組滾珠絲杠沈正反方向旋轉，從而帶動上線性模組滑塊41左右移動。 下線性滑軌包括左右移動導向軌13和下線性滑軌滑塊42，下線性滑軌通過左右移動導向軌座40與下支撐板12固定相連，下線性滑軌滑塊42可滑動地固定在左右移動導向軌13 上。本發明噴涂機器人機械臂分別與上線性模組滑塊9和下線性滑軌滑塊27固定相連，本發明噴涂機器人機械臂通過上線性模組滑塊9和下線性滑軌滑塊27設置在上支撐板 8和下支撐板12之間，上支撐板8和下支撐板12由升降滾珠絲杠5帶動同步上下升降運動。上線性模組滑塊9被上線性模組滾珠絲杠沈驅動，下線性滑軌滑塊27在左右移動導向軌13上隨動滑動。上線性模組滾珠絲杠沈正反方向旋轉帶動機械臂左右移動。橫向移動伺服電機6驅動本發明噴涂機器人機械臂左右移動，升降伺服電機1驅動本發明噴涂機器人機械臂上下升降，因此本發明噴涂機器機械臂在平面框架結構中可進行上下左右復合運動，構成了本發明噴涂機器人腿行走驅動機構。
在平面框架結構內，在下支撐板12左右兩端分別設置有左移動限位開關30和右移動限位開關31，在機身4的U形框架內兩端分別設置上升位限位開關32和下降位限位開關33，從而限定了本發明噴涂機器人腿行走驅動機構行走活動范圍。將平面框架結構的底部安裝滾輪，可滑動地連接鐵軌上，通過伺服電機和滾珠絲杠驅動機座20沿鐵軌移動，從而構成本發明噴涂機器人整體移動。圖4示出了本發明噴涂機器人機械臂，該機器人機械臂驅動裝置包括中間旋轉驅動機構、伸縮驅動機構和前端的擺動驅動機構。所述中間旋轉驅動機構包括從動旋轉齒輪40、主動旋轉齒輪41、旋轉座42、旋轉伺服電機43 ；旋轉伺服電機43通過螺栓與旋轉座42連接，旋轉伺服電機43通過鍵帶動主動旋轉齒輪41旋轉，主動旋轉齒輪41又帶動從動旋轉齒輪40旋轉，從動旋轉齒輪40與滾珠絲杠固定筒21連接，從而帶動噴槍支架14旋轉。所述伸縮驅動機構包括滾珠絲杠、滾珠花鍵軸39、滾珠花鍵軸支架22、滾珠絲杠固定筒21、固定筒連接法蘭44、聯軸器護罩45、伸縮柔性聯軸器46、伸縮伺服電機10 ；伸縮伺服電機10通過伸縮柔性聯軸器46帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠花鍵伸縮軸39把絲杠上螺母的旋轉運動轉化為伸縮運動，從而實現噴槍支架14的伸縮運動。所述前端的擺動驅動機構包括噴槍支架14、噴槍擺動支架15、擺動伺服電機及減速機16、噴槍17 ；擺動伺服電機及減速機16固定在噴槍擺動支架15上，擺動伺服電機及減速機16正反方向的旋轉，通過旋轉軸帶動噴槍擺動支架15作擺動，噴槍支架14固定在噴槍擺動支架15上，從而實現噴槍支架14的擺動。本發明噴涂機器人機械臂的運動包括所述中間旋轉機構驅動機械臂自身的旋轉運動、所述伸縮機構驅動機械臂自身延伸運動，所述擺動機構驅動機械臂前端擺動，從而實現本發明噴涂機器人機械臂旋轉、伸縮、擺動的智能驅動。輸調漆系統23和智能控制系統M分別通過管路和電纜與相應的驅動裝置相連。雖然上面已經詳細地描述本發明具體實施方式
，但并非窮盡實現本發明的所有實施方式，上述具體實施方式
僅僅是示例性描述，本領域技術人員在本發明的具體實施方式
描述基礎上，通過增減、修改、替換方式變換成許多的不同實施方式來。如圖1所示，左右升降伺服電機1置于左右機身4的框架頂部。通過變換，可以將左右升降伺服電機1置于左右機身4下方的擋板19上；為了解決左右升降伺服電機1同步驅動問題，可以將左右升降伺服電機1合二為一，通過傳動軸分別同步驅動左右升降滾珠絲杠5。該合二為一升降伺服電機也可以置于機座20上。還可以將該合二為一升降伺服電機置于上下中間位置，或其中一側位置上。上支撐板8上固定有上線性模組7，上線性模組7又包括上線性模組滾珠絲杠沈和上線性模組滑塊9，上線性模組滑塊9設置有滾珠軸承。通過變換，上線性模組7變換成梯形絲桿驅動的線性模組、同步帶驅動的線性模組或系統組合的線性模組。下線性滑軌包括左右移動導向軌13和下線性滑軌滑塊27，下支撐板12與下線性滑軌固定相連，下線性滑軌滑塊27可滑動地固定在左右移動導向軌13上。通過變換，將左右移動導向軌13變換成滑動光桿，下線性滑軌滑塊27套接于該滑動光桿上。通過變換，可以將橫向移動伺服電機6、錐齒輪傳動箱觀和移動柔性聯軸器四依
7次設置在上支撐板8的左上端上；或設置在下支撐板12左上端上；或設置在下支撐板12右上端上。也可以將此滑動光桿設置在上支撐板8上，而上線性模組滾珠絲杠沈設置在下支撐板12上。如圖4所示，所述旋轉驅動機構通過主動旋轉齒輪41又帶動從動旋轉齒輪40旋轉，通過變換，可以將旋轉齒輪副變換成正時鏈條驅動或正時皮帶驅動。所述伸縮伺服電機10通過伸縮柔性聯軸器46帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠花鍵伸縮軸39把絲杠上螺母的旋轉運動轉化為伸縮運動，通過變換，伸縮伺服電機10通過伸縮柔性聯軸器46帶動齒輪傳動變換，從而帶動齒條直線運動。所述前端的擺動伺服電機及減速機16正反方向的旋轉，通過旋轉軸帶動噴槍擺動支架15作擺動，通過變換，變換成圖5所示的錐齒輪驅動方式。升降裝置安裝在平面框架里，它通過伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠上螺母做上下運動，從而帶動左右移動裝置做上下升降運動；左右移動裝置通過伺服電機帶動線性模組滑塊做左右運動，來達到機械人機械臂左右移動；機器人機械臂通過上線性模組滑塊和下線性滑軌滑塊設置在上支撐板和下支撐板之間，中間旋轉驅動機構通過伺服電機帶動齒輪副旋轉，來達到機械臂的旋轉運動；伸縮驅動與中間旋轉驅動機構中從動齒輪連接，伸縮驅動機構通過伺服電機帶動絲杠旋轉，滾珠花鍵軸把滾珠絲杠螺母的旋轉運動轉化為機械臂伸縮運動；擺動驅動機構通過漲緊套連接在伸縮驅動機構的伸縮軸前端，前端擺動驅動機構通過伺服電機減速機帶動擺轉軸轉動，從而帶動噴槍做擺轉運動。以上機構均能對噴槍單獨進行操作，也可以將上述運動一個以上的運動合成起來，就能使噴槍在空間內完成復雜的空間曲線運動，即能完成各種工件的噴涂任務。智能控制系統M控制所有伺服電機動作帶動對應元件實現噴槍的上下升降、左右平移、前后伸縮、士90°擺動并保持噴涂方向始終垂直于工作面。輸調漆系統23控制噴槍的噴涂、噴速、噴涂時間、顏色。所述輸調漆系統和智能控制系統均按放在噴漆室外部，它包括一系列的集成，用于該機器人的噴漆與控制。本發明智能控制系統和輸調漆系統分別通過電纜和管路與相應的驅動裝置相連。 由于本發明機器人運動范圍確定，各驅動裝置位置角度確定，從而能有效避免管路和電纜纏繞。由于本發明平面框架結構確保了整個驅動機架的強度和剛度，因而確保了噴涂機器人在平面框架結構內移動穩定性和平順性。由于本發明噴涂機器人由伺服電機和滾珠絲桿帶動滾珠螺母滑塊座34上下移動或帶動上線性模組滑塊41左右移動，將伺服電機轉動轉換成滑塊直線運動，由于滾珠絲桿驅動方式能確保滑塊非常高的定位精度。由于本發明上線性模組滑塊在滾珠絲桿驅動下沿上線性模組滑軌左右滑動，從而大大改善了滾珠絲杠的受力狀況，即滾珠絲杠主要起驅動滑塊移動作用，而上線性模組滑軌承擔著懸掛作用，從而大大減輕的伺服電機驅動力。由于本發明升降驅動裝置安裝在平面框架里，它通過伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉，滾珠絲杠上螺母做上下運動，從而帶動滾珠螺母滑塊座沿滑軌上下升降，從而大大改善了滾珠絲杠的受力狀況，從而減輕的伺服電機驅動力。
由于本發明升降移動和左右移動由不同伺服電機驅動，從將機器人復雜行走運動簡單化，確保移動精確控制到位。本發明噴涂機器人在平面框架結構內上下左右移動。該平面框架結構確保本發明噴涂機器人移動的位置度、平行度、穩定度。不會出現串聯式機器人懸臂梁撓度問題及振動不穩定的問題。本發明噴涂機器人的伺服電機均外置，從而便于安裝、拆卸及維護方便。本發明噴涂機器人上下升降、左右移動、機械人機械臂旋轉伸縮和擺動分別由不同伺服電機控制驅動，因此具有柔性高，結構簡單，性能可靠。本發明伺服電機均能對噴槍單獨進行操作，也可以將上述運動一個以上的運動合成起來，故障易于排除，易于程序調控，安全可靠，就能使噴槍在空間內完成復雜的空間曲線運動，即能完成各種工件的自動噴涂任務。本發明噴涂機器人驅動裝置不僅僅用于涂裝生產線中，而且該機器人驅動裝置也可以應用焊接機器人、裝配機器人、搬運機器人等各種機器人驅動裝置中。
權利要求
1.一種機器人驅動裝置，其包括平面框架內驅動裝置和機械臂驅動裝置，所述平面框架內驅動裝置包括上下升降驅動裝置和左右水平驅動裝置，所述左右水平驅動裝置通過伺服電機和線性模組滑塊帶動噴涂機器人左右水平移動；所述上下升降驅動裝置通過伺服電機和滾珠絲杠帶動所述左右水平驅動裝置作上下升降運動；所述機械臂驅動裝置包括中間旋轉驅動機構、伸縮驅動機構和前端的擺動驅動機構，所述中間旋轉驅動機構通過伺服電機帶動機械臂的旋轉運動；所述伸縮驅動機構通過伺服電機帶動機械臂伸縮運動；所述前端的擺動驅動機構通過伺服電機及減速機帶動噴槍做擺轉運動。
2.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于還包括平面框架外驅動裝置， 其包括在其底部安裝有滾輪，可滾動地連接鐵軌上，其通過伺服電機和線性模塊驅動所述平面框架驅動裝置沿鐵軌移動。
3.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述升降伺服電機置于平面框架驅動裝置的左右機身框架頂部，所述升降伺服電機下端依次連接升降柔性聯軸器、上軸承座和升降滾珠絲杠；所述升降滾珠絲杠其上端連接在上軸承座上，其下端連接在下軸承座上；所述左右機身呈U形框架結構，所述升降柔性聯軸器、所述上軸承座、所述升降滾珠絲杠和所述下軸承座分別置于所述機身的U形框架內。
4.根據權利要求1或3所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述左右水平驅動裝置包括上支撐板、下支撐板、上線性模組、下線性滑軌、橫向移動伺服電機，所述的噴涂機器人機械臂驅動裝置分別通過上線性模組和下線性滑軌設置在上支撐板和下支撐板之間，所述的橫向移動伺服電機正反方向旋轉帶動所述的噴涂機器人機械臂驅動裝置左右水平移動。
5.根據權利要求4所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述上、下支撐板兩端分別固定在滾珠螺母滑塊座上，所述滾珠螺母滑塊座套接在升降滾珠絲杠上，所述升降滾珠絲杠驅動所述上、下支撐板連同所述的噴涂機器人機械臂驅動裝置上下升降運動。
6.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述中間旋轉驅動機構包括 從動旋轉齒輪、主動旋轉齒輪、旋轉座、旋轉伺服電機；所述旋轉伺服電機通過螺栓與旋轉座連接，所述旋轉伺服電機通過鍵帶動所述主動旋轉齒輪旋轉，所述主動旋轉齒輪又帶動所述從動旋轉齒輪旋轉。
7.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述伸縮機構包括滾珠絲杠、 滾珠花鍵伸縮軸、滾珠花鍵軸支架、滾珠絲杠固定筒、固定筒連接法蘭、聯軸器護罩、伸縮柔性聯軸器、伸縮伺服電機；所述伸縮伺服電機通過所述伸縮柔性聯軸器帶動所述滾珠絲杠旋轉，所述滾珠花鍵伸縮軸把絲杠上螺母的旋轉運動轉化為伸縮運動。
8.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述前端的擺動機構包括噴槍支架、噴槍擺動支架、擺動伺服電機及減速機、噴槍；所述擺動伺服電機及減速機固定在所述噴槍擺動支架上，所述擺動伺服電機及減速機正反方向的旋轉帶動噴槍擺動支架作擺動，所述噴槍擺動支架實現噴槍支架的擺動。
9.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述平面框架驅動裝置包括左右機身、上橫梁和機座、所述左右機身上端通過框架上橫梁連接起來，下端固定在機座上， 所述平面框架驅動裝置內分別設置有左移動限位開關和右移動限位開關，上升位限位開關和下降位限位開關。
10.根據權利要求1所述的機器人驅動裝置，其特征在于所述平面框架驅動裝置構成了噴涂機器人腿部行走部分；機械臂旋轉、伸縮和擺動構成了噴涂機器人機械臂驅動部分。
全文摘要
本發明涉及一種機器人驅動裝置，其包括平面框架內驅動裝置和機械臂驅動裝置，所述平面框架內驅動裝置包括上下升降驅動裝置和左右水平驅動裝置，所述左右水平驅動裝置通過伺服電機和線性模組滑塊帶動噴涂機器人左右水平移動；所述上下升降驅動裝置通過伺服電機和滾珠絲杠帶動所述左右水平驅動裝置作上下升降運動；所述機械臂驅動裝置包括中間旋轉驅動機構、伸縮驅動機構和前端的擺動驅動機構，所述中間旋轉驅動機構通過伺服電機帶動機械臂的旋轉運動；所述伸縮驅動機構通過伺服電機帶動機械臂伸縮運動；所述前端的擺動驅動機構通過伺服電機及減速機帶動噴槍做擺轉運動。
文檔編號B05B13/04GK102513256SQ20121000518
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者仇云杰, 仇云林, 張葛林, 陳福森 申請人:江蘇長虹汽車裝備集團有限公司