專利名稱：室內噴涂機器人的機械臂的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及噴涂機器人，尤其涉及一種室內墻面噴涂機器人的機械臂。
背景技術：
對房屋墻壁表面進行噴涂的機器人需要能夠自動上下擺動的機械臂，由機 械臂前端的噴涂裝置對墻面進行噴涂。 一種無需使用導軌，就能在室內行走的 噴涂機器人是一種尚待開發、噴涂效率高的新型機器人，此種室內噴涂機器人 既要能靈活行走，又要有足夠的防傾翻穩定性，它需要設計一種自動化程度高、 靈活輕便的機械臂，機械臂前端能夠保持上、下垂直運動。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種室內噴涂機器人的機械臂， 它運動靈活、自動化程度高，機械臂前端能夠保持上、下垂直運動。
本實用新型的技術方案如下 一種室內噴涂機器人的機械臂，包括第一電 機、自鎖減速器、傳動機構、首尾鉸接的若干臂節和控制器，所述臂節中位于 最后方的第一臂節根部鉸接在與托盤固定的支架上，所述第一電機驅動所述自 鎖減速器和傳動機構后帶動第一臂節擺動，所述臂節中位于最前方的臂節前端 安裝有噴頭裝置；所述其余臂節的后端與電推桿的前端鉸接，該電推桿的殼體
固定在該臂節后方相鄰臂節的前部，在各所述臂節的鉸接銷軸上裝有角位移傳 感器，所述控制器能根據所述角位移傳感器采集的信息控制所述第一電機和所述電推桿。
本實用新型的電推桿或第一電機與其鄰近鉸接銷軸上的角位移傳感器之間 構成一個反饋環節，當需要某臂節轉動確定的角度時，由控制器發出驅動指令， 讓電推桿伸出或縮回，第一電機正轉或反轉，同時由角位移傳感器實時檢測兩 節臂之間或第一節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，當兩者的差值在進入 允許的范圍時，控制器即可發出停止指令，使電推桿或第一電機停止動作。通 過這種方法，就可以使機械臂按確定的方式自動化工作，保證機械臂運動靈活, 機械臂前端保持沿墻面的上、下垂直運動。
作為優選方案，所述第一電機是步進電機，所述自鎖減速器和所述傳動機 構是蝸輪蝸桿減速器，該第一電機和所述蝸輪蝸桿減速器位于所述支架的兩支 板間，所述第一電機固定在該支架上且電機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的鉸接銷軸 上，該鉸接銷軸與第一臂節鍵或花鍵連接。
上述的進一步改進是為了使本實用新型結構緊湊、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構集為一體， 而且該減速器具有自鎖功能，可以使第一臂節停在任意角度，而無須外加約束； 第一電機固定在支架上，直接帶動蝸輪蝸桿減速器，減少傳動件，縮短傳動距 離。
所述臂節共有三個，其中第二臂節和第三臂節的后部分別有與后方相鄰臂 節的鉸接點，在該鉸接點后方的臂節本體向后上方折彎，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獲得所連接臂節的更大活動范圍。
為使機械臂可以繞垂直于地面的方向轉動，所述托盤固定在旋轉柱上端面， 該旋轉柱上端由向心軸承支承在機器人移動裝置上層箱的頂蓋中，該旋轉柱的
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 柱中部裝有大齒輪，該大齒輪與第二電機輸出軸上的小齒輪嚙合。
設計上述的進一步改進方案，是對噴涂機器人功能的擴展，如通過對噴頭 裝置及其它相關部分改裝后，可用于打磨墻面或用作機械手等。機器人在噴涂 作業過程中，該第二電機不工作。
所述旋轉柱中心有軸向通孔，所述支承柱的上部設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，通過該進液孔進入支承柱的型腔，再 經旋轉柱的軸向通孔從旋轉柱上端由輸送軟管與噴頭裝置連接。這樣，無論整 個機械臂如何繞垂直于地面的方向轉動，均不會引起輸送管路的纏繞。
所述臂節為鋁合金材質，其中的每一臂節長于其前端相鉸接的臂節。由于 機械臂較長，機械臂的重心容易偏離機器人移動裝置的支承范圍，就有可能使 機器人在工作過程中發生傾翻，因此必須保證移動裝置要有足夠的重量，并通 過采用鋁合金材質以減輕臂節重量，而遠離移動裝置的臂節較短，以使整個機 器人的重心始終保持在移動裝置的支承范圍內。
所述臂節包括兩側板和連接板，所述兩側板垂直于水平面，所述連接板的 兩端與所述兩側板固定。在保證臂節強度的條件下，簡單優化臂節的結構。
本實用新型的有益效果是自動化程度高且靈活輕便，使機械臂前端能夠 保持上、下垂直運動，而且有足夠的防傾翻穩定性。
圖1為本實用新型一種實施例的結構示意圖。
圖2為圖1實施例中，下部分的軸測示意放大圖。 圖3為圖2的A向剖視放大圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明
如圖l和圖2所示， 一種室內噴涂機器人的機械臂主要由托盤l、支架2、 第一電機3、蝸輪蝸桿減速器4、第一臂節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IO、第三臂節ll、旋轉柱12、向心軸承13、推 力軸承14、支承柱15、大齒輪16、第二電機17、小齒輪18、側板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5。支架2設有兩個垂直的支板，在兩支板之間裝 有第一電機3和蝸輪蝸桿減速器4，第一電機3是步進電機固定在兩支板下部， 其電機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5的鉸接銷軸8上，該鉸接銷軸8與第一臂節5花鍵連接。 蝸輪蝸桿減速器4將自鎖減速器和傳動機構集為一體，并具有自鎖功能，由第 一電機3驅動蝸輪蝸桿減速器4帶動第一臂節5擺動，并可以使第一臂節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在第一臂節5前端鉸接 有第二臂節IO，在第二臂節10前端鉸接有第三臂節11，在第三臂節ll的前端 安裝有噴頭裝置6。各個臂節為鋁合金材質，第一臂節5的長度大于第二臂節 10的長度，第二臂節10的長度大于第三臂節11的長度。各個臂節包括兩側板19和若干連接板20，兩側板19垂直于水平面，連接板20的橫截面呈"L"形， 連接板20的兩端與兩側板19的內側固定，從而將兩側板19連接。第二臂節10 和第三臂節11均由電推桿7推動，第二臂節10和第三臂節11的后部分別有與 后方相鄰臂節相連接的鉸接點，在該鉸接點后方的第二臂節10和第三臂節11 的臂節本體向后上方折彎，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5和第二臂節10的前部。
如圖1和圖3所示，在各臂節首尾相互鉸接的鉸接銷軸8上裝有角位移傳 感器9，控制器能根據角位移傳感器9所采集的信息控制第一電機3和兩電推桿 7。電推桿7或第一電機3與其鄰近鉸接銷軸8上的角位移傳感器9之間構成一 個反饋環節，當需要某臂節轉動確定的角度時，由控制器發出驅動指令，讓電 推桿7伸出或縮回，第一電機3正轉或反轉，同時由角位移傳感器9實時檢測 兩節臂之間以及第一節臂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，當兩者的 差值在進入允許的范圍時，控制器即可發出停止指令，使電推桿7或第一電機3 停止動作。
如圖2和圖3所示，托盤1位于機器人行走裝置上層箱21的頂面上，托盤 1固定在旋轉柱12上端面，該旋轉柱12上端由向心軸承13支承在上層箱21的 頂蓋中，該旋轉柱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;在旋轉柱12的中部裝有大齒輪16，該大齒輪16與第二電機 17輸出軸上的小齒輪18嚙合。在旋轉柱12中心有軸向通孔12a，支承柱15的 上部設有與該通孔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，通過該進液孔15b進入支承柱15的型腔15a ，再經旋轉柱12的軸向通孔12a從 上端由輸送軟管與噴頭裝置6連接。無論整個機械臂如何繞垂直于地面的方向 轉動，均不會引起輸送管路的纏繞。 本實用新型是這樣工作的
當噴涂作業時，以機械臂第三臂節ll前端保持沿墻面的上、下垂直運動為 條件，由控制器發出驅動指令，讓電推桿7伸出或縮回帶動第二臂節5、第三臂 節IO,第一電機3正轉或反轉驅動蝸輪蝸桿減速器4帶動第一臂節5擺動，以 使某臂節轉過確定的角度，同時由角位移傳感器9實時檢測兩節臂之間以及第 一節臂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，當兩者的差值在進入允許的 范圍時，控制器即可發出停止指令，使電推桿7或第一電機3停止動作，這樣 就可使機械臂按確定的方式自動化噴涂。
若是對噴涂機器人的噴頭裝置6及其它相關部分改裝后，將其用作打磨墻 面或用作機械手等，需要整個機械臂繞垂直于地面的方向轉動，此時第二電機 17啟動，經小齒輪18帶動大齒輪16、旋轉柱12旋轉，從而使托盤l、機械臂旋轉。
權利要求1、一種室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于包括第一電機(3)、自鎖減速器、傳動機構、首尾鉸接的若干臂節和控制器，所述臂節中位于最后方的第一臂節(5)根部鉸接在與托盤(1)固定的支架(2)上，所述第一電機(3)驅動所述自鎖減速器和傳動機構后帶動第一臂節(5)擺動，所述臂節中位于最前方的臂節前端安裝有噴頭裝置(6)；所述其余臂節的后端與電推桿(7)的前端鉸接，該電推桿(7)的殼體固定在該臂節后方相鄰臂節的前部，在各所述臂節的鉸接銷軸(8)上裝有角位移傳感器(9)，所述控制器能根據所述角位移傳感器(9)采集的信息控制所述第一電機(3)和所述電推桿(7)。
2、 根據權利要求l所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所述第 一電機(3 )是步進電機，所述自鎖減速器和所述傳動機構是蝸輪蝸桿減速器(4)， 該第一電機(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(3)固定在該支架(2)上且電機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(5)的鉸接銷軸(8)上，該鉸接銷軸(8)與第一臂節(5)鍵或花 鍵連接。
3、 根據權利要求l所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所述臂 節共有三個，其中第二臂節(10)和第三臂節(11)的后部分別有與后方相鄰 臂節的鉸接點，在該鉸接點后方的臂節本體向后上方折彎，在該折彎部的末端 鉸接所述電推桿(7)。
4、 根據權利要求l所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所述托盤(1)固定在旋轉柱(12)上端面，該旋轉柱(12)上端由向心軸承(13)支 承在機器人行走裝置上層箱(21)的頂蓋中，該旋轉柱(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 述旋轉柱(12)中部裝有大齒輪(16)，該大齒輪(16)與第二電機(17)輸出 軸上的小齒輪(18)嚙合。
5、 根據權利要求l所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所述旋 轉柱(12)中心有軸向通孔(12a)，所述支承柱(15)的上部設有與該通孔(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 的進液孔(15b)。
6、 根據權利要求1或3所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所 述臂節為鋁合金材質，其中的每一臂節長于其前端相鉸接的臂節。
7、 根據權利要求6所述的室內噴涂機器人的機械臂，其特征在于所述臂 節包括兩側板(19)和連接板(20)，所述兩側板(19)垂直于水平面，所述連 接板(20)的兩端與所述兩側板(19)固定。
專利摘要本實用新型公開了一種室內噴涂機器人的機械臂，包括第一電機(3)、自鎖減速器、傳動機構、首尾鉸接的若干臂節和控制器，所述臂節中位于最后方的第一臂節(5)根部鉸接在與托盤(1)固定的支架(2)上，所述第一電機(3)驅動所述自鎖減速器和傳動機構后帶動第一臂節(5)擺動，所述臂節中位于最前方的臂節前端安裝有噴頭裝置(6)；所述其余臂節由電推桿(7)推動，在各臂節的鉸接銷軸(8)上裝有角位移傳感器(9)，所述控制器能根據所述角位移傳感器(9)采集的信息控制所述第一電機(3)和所述電推桿(7)。本實用新型自動化程度高且靈活輕便，使機械臂前端能夠保持上、下垂直運動，而且有足夠的防傾翻穩定性。
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 優先權日2009年5月13日
發明者侯海波, 周明紅, 尹先進, 李奇敏 申請人:重慶大學