自動化噴涂的機器人裝備的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種飛行器自動噴漆領域的技術，具體是一種用于火箭貯箱隔熱涂層的自動化噴涂的機器人裝備。
【背景技術】
[0002]隔熱涂層的噴涂是火箭結構件制造過程中的重要一環，隨著新一代火箭的研制，運載火箭對噴涂質量的要求日趨提高，涂層質量對運載火箭的可靠性、經濟性、安全性影響重大。國內航天領域目前仍采用傳統的手工噴涂，由于貯箱尺寸大、結構復雜，手工噴涂精度差，涂層厚度受人為因素影響不易控制，極易出現過厚的現象；同時隨著運載火箭高密度發射周期的來臨，噴涂生產需求量激增，國內航天領域目前的手工噴涂運載火箭生產效率的重要制約因素。針對上述問題，設計一種適用于火箭貯箱隔熱涂層自動化噴涂的機器人裝備，解決噴涂精度差、厚度不均、效率低下的問題，以提高運載火箭的可靠性、經濟性、安全性以及生產效率。
[0003]經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利文獻號CN202527313U公開(公告)日2012.11.14，公開了一種大型筒體自動噴涂裝置，實現對大直徑的筒體自動高速噴涂。但該技術所公開的裝置噴頭沿筒體軸向與徑向的行程非常有限，不能改變噴頭與筒體表面的距離，不能在筒體橫截面內大范圍調整噴頭的角度使得噴頭與筒體表面實時垂直，不能對筒體端面的圓弧型表面進行適當距離垂直均勻地噴涂，不適用于火箭貯箱隔熱涂層的自動化噴涂作業。
[0004]中國專利文獻號CN101234490公開(公告)日2008.08.06，公開了一種高爐爐頂維修機器人運動機構。包括一個與高爐爐頂人孔固定連接而處于高爐爐頂內腔的支撐架，支撐架上安裝一個轉臺，轉臺的轉動中心處于高爐爐頂的中心處；轉臺上安裝一個升降臺，升降臺上安裝一個伸縮臂。該技術沿高爐高度方向行程有限，同時需要在爐頂設計較大的人孔以將設備安裝到爐內，且其只能在爐內進行操作，因此不適用于火箭貯箱大范圍外表面隔熱涂層的自動化噴涂作業。
[0005]中國專利文獻號CN202638670U公開(公告)日2013.01.02，公開了一種噴涂機，包括機架、設于機架上的噴槍、設于機架上用于帶動所述噴槍沿水平和豎直方向運動的雙坐標機構及控制系統，所述噴涂機還包括有用于控制噴槍進行噴涂并調整噴涂方向的噴槍控制機構，所述噴槍設于該噴槍控制機構上并利用該噴槍控制機構設于所述雙坐標機構上；所述噴涂機還包括有設于機架上用于驅動所述雙坐標機構沿垂直方向滑設于機架上的升降機構。但該技術自由度及運動范圍有限，不能完成筒體圓弧型端面的實時垂直自動化噴涂，不能處于筒體頂部完成垂直向下的自動化噴涂，因此不適用于火箭貯箱隔熱涂層的自動化噴涂。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有火箭貯箱隔熱涂層噴涂方式的缺陷，提出一種自動化噴涂的機器人裝備，機器人在能夠實現沿Y軸快速移動的同時，噴頭可以與YZ平面呈以Y軸為交線的0-90°的任意二面角，即可以實現垂直向下、斜上方任意角度以及水平方向的噴涂，可以適應不同直徑的貯箱及不同的工況，具有非常高的柔性；此外自動化噴涂機器人還可以運動到圓弧端面，實現噴頭與圓弧端面實時適當距離垂直均勻地自動化噴涂。本發明布置緊湊，柔性高，控制方式簡單，噴涂精度高，涂層厚度均勻，環境污染小，噴涂效率高，經濟效益好。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括:由三垂直坐標軸移動平臺、噴涂執行機構組成的移動式噴涂機器人以及筒體支撐自轉工裝，其中:三垂直坐標軸移動平臺與噴涂執行機構滑動連接且位于貯箱一側的滑軌上，筒體支撐自轉工裝與貯箱轉動連接。
[0008]所述的三垂直坐標軸移動平臺由下而上依次包括:Y軸導軌及齒條、X軸移動基座、Z軸移動基座、X型運動機構，其中:設置于X軸移動基座上的交流伺服電機輸出軸驅動小齒輪沿齒條滾動，Z軸移動基座與X軸移動基座滑動連接，X型運動機構與Z軸移動基座滑動連接。
[0009]所述的X型運動機構為自下而上六級組合結構，其中:第一級和第二級之間以及第三級和第四級之間設有用于增強機器人沿Z軸移動能力電缸。
[0010]所述的噴涂執行機構包括:頂部靜平臺、上層X型運動機構、下層X型運動機構、平行四邊形機構、電缸、動平臺、鉸鏈及噴頭，其中:噴頭夾持在動平臺中間位置，上層X型運動機構的底端通過虎克鉸與頂部靜平臺上的第一移動驅動組件中的滑塊轉動連接，上層X型運動機構的前端通過球鉸與動平臺連接，下層X型運動機構的底端通過第一轉動副與頂部靜平臺上的第二移動驅動組件中的滑塊轉動連接，下層X型運動機構的前端通過兩個虎克鉸與動平臺連接，平行四邊形機構附著在下層X型運動機構上且平行四邊形機構靠近頂部靜平臺的一端與電缸連接，電缸尾端與第二轉動副相連。
[0011]所述的第二轉動副與第一轉動副軸線重合且處于第二移動驅動組件中的同一個滑塊之上。
[0012]所述的筒體支撐自轉工裝包括:筒體大齒輪盤、小滾輪、支撐架、伺服電機、電機支撐架及小齒輪，其中:小滾輪分別設置于支撐架上，筒體大齒輪盤外緣與小齒輪相切，兩個伺服電機分別設置于電機支撐架上且的輸出軸分別與對應的小齒輪相連，筒體大齒輪盤與貯箱相連且外緣與小滾輪相切，小齒輪和筒體大齒輪盤轉動連接并帶動貯箱轉動。
[0013]所述的X軸移動基座與Z軸移動基座之間的滑動連接通過第一移動驅動組件實現。
[0014]所述的Z軸移動基座與三垂直坐標軸移動平臺中的X型運動機構之間的滑動連接、三垂直坐標軸移動平臺中的X型運動機構與頂部靜平臺之間的滑動連接、頂部靜平臺與噴涂執行機構中的上層X型運動機構、下層X型運動機構的滑動連接分別通過相同結構的第二至第四移動驅動組件實現。
技術效果
[0015]與現有技術相比，本發明實現沿Y軸快速移動的同時，噴頭可以與YZ平面呈以Y軸為交線的O - 90°的任意二面角，即可以實現垂直向下、斜上方任意角度以及水平方向的噴涂，可以適應不同直徑的筒體及不同的工況，具有非常高的柔性；此外自動化噴涂機器人還可以運動到筒體圓弧端面，實現噴頭與圓弧端面實時適當距離垂直均勻地自動化噴涂。本發明的三垂直坐標軸移動平臺的Y軸方向平移由兩個伺服電機驅動齒輪沿著齒條滾動實現，每側導軌均布置兩個齒輪，通過兩個齒輪冗余驅動差動控制，可以極大地減小高速運動時由于齒輪間隙所帶來的振動。同時，筒體支撐自轉工裝由兩個伺服電機驅動小齒輪帶動大齒輪盤轉動，同樣通過兩個齒輪冗余驅動差動控制，可以極大地減小由于齒輪間隙所帶來的振動，使得控制精度更高。本發明布置緊湊，柔性高，控制方式簡單，噴涂精度高，涂層厚度均勻，環境污染小，噴涂效率高，經濟效益好。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明立體示意圖。
[0017]圖2為本發明移動式噴涂機器人立體示意圖。
[0018]圖3為本發明移動式噴涂機器人正視圖。
[0019]圖4為本發明移動式噴涂機器人左視圖。
[0020]圖5為本發明移動式噴涂機器人俯視圖。
[0021]圖6為本發明筒體支撐自轉工裝立體示意圖。
[0022]圖7為本發明三垂直坐標軸移動平臺中沿Y軸運動機構立體示意圖。
[0023]圖8為本發明三垂直坐標軸移動平臺中沿Z軸運動機構立體示意圖。
[0024]圖9為本發明第一移動驅動組件示意圖。
[0025]圖10為本發明第二移動驅動組件示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0027]如圖1所示，本實施例包括:三垂直坐標軸移動平臺a、噴涂執行機構b、筒體支撐自轉工裝C，其中:三垂直坐標軸移動平臺a與噴涂執行機構b滑動連接組成移動式噴涂機器人處于貯箱d —側的滑軌上，筒體支撐自轉工裝c與貯箱轉動連接。
[0028]如圖2所示，所述的三垂直坐標軸移動平臺a包括:X軸移動基座1、Z軸移動基座
2、X型運動機構3、頂部靜平臺4、移動驅動組件5，其中:移動驅動組件5包括設置于X軸移動基座I上的交流伺服電機21、22、小齒輪23、24、齒條31、32，交流伺服電機21、22的輸出軸分別驅動小齒輪23、24沿齒條31、32滾動，Z軸移動基座2與X軸移動基座I滑動連接，Z軸移動基座I與X型運動機構3滑動連接、X型運動機構3與頂部靜平臺4滑動連接。X型運動機構3自下而上共分為六級，用于增強機器人沿Z軸移動能力電缸8設置于第一級和第二級之間以及第三級和第四級之間。
[0029]如圖3 -圖5所示，所述的噴涂執行機構b包括:上層X型運動機構9、下層X型運動機構64、平行四邊形機構10、動平臺11、噴頭12、移動驅動組件15，其中:移動驅動組件15為直線電缸，噴頭12夾持在動平臺11中間位置；上層X型運動機構9的底端連接兩個虎克鉸后再與頂部靜平臺4滑動連接，上層X型運動機構9的前端與動平臺11通過一個球鉸連接；下層X型運動機構64的底端連接兩個轉動副后再與頂部靜平臺4滑動連接，下層X型運動機構64的前端與動平臺11通過兩個虎克鉸連接；平行四邊形機構10附著在下層X型運動機構64上，平行四邊形機構10靠近頂部靜平臺4的一端與移動驅動組件15直線電缸連接，移動驅動組件15直線電缸尾端連接轉動副，此轉動副與噴涂執行機構b中的下層X型運動機構64靠近頂部靜平臺4的連桿所連接的轉動副軸線重合且處于同一個第一滑塊65之上。
[0030]如圖6所示，所述的筒體支撐自轉工裝c包括:筒體大齒輪盤16、小滾輪17、支撐架18、轉動驅動組件19，其中:轉動驅動組件19包括伺服電機62、電機支撐架66及小齒輪61，兩個小滾輪17分別設置于支撐架18上，筒