专利名称：室内喷涂机器人的机械臂的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及喷涂机器人，尤其涉及一种室内墙面喷涂机器人的机械臂。
背景技术：
对房屋墙壁表面进行喷涂的机器人需要能够自动上下摆动的机械臂，由机 械臂前端的喷涂装置对墙面进行喷涂。 一种无需使用导轨，就能在室内行走的 喷涂机器人是一种尚待开发、喷涂效率高的新型机器人，此种室内喷涂机器人 既要能灵活行走，又要有足够的防倾翻稳定性，它需要设计一种自动化程度高、 灵活轻便的机械臂，机械臂前端能够保持上、下垂直运动。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种室内喷涂机器人的机械臂， 它运动灵活、自动化程度高，机械臂前端能够保持上、下垂直运动。
本实用新型的技术方案如下 一种室内喷涂机器人的机械臂，包括第一电 机、自锁减速器、传动机构、首尾铰接的若干臂节和控制器，所述臂节中位于 最后方的第一臂节根部铰接在与托盘固定的支架上，所述第一电机驱动所述自 锁减速器和传动机构后带动第一臂节摆动，所述臂节中位于最前方的臂节前端 安装有喷头装置；所述其余臂节的后端与电推杆的前端铰接，该电推杆的壳体
固定在该臂节后方相邻臂节的前部，在各所述臂节的铰接销轴上装有角位移传 感器，所述控制器能根据所述角位移传感器采集的信息控制所述第一电机和所述电推杆。
本实用新型的电推杆或第一电机与其邻近铰接销轴上的角位移传感器之间 构成一个反馈环节，当需要某臂节转动确定的角度时，由控制器发出驱动指令， 让电推杆伸出或縮回，第一电机正转或反转，同时由角位移传感器实时检测两 节臂之间或第一节臂与支架之间的角度，并通过输入通道反馈给控制器，控制 器将角位移传感器得到的角度值与要求的角度值做差值，当两者的差值在进入 允许的范围时，控制器即可发出停止指令，使电推杆或第一电机停止动作。通 过这种方法，就可以使机械臂按确定的方式自动化工作，保证机械臂运动灵活, 机械臂前端保持沿墙面的上、下垂直运动。
作为优选方案，所述第一电机是步进电机，所述自锁减速器和所述传动机 构是蜗轮蜗杆减速器，该第一电机和所述蜗轮蜗杆减速器位于所述支架的两支 板间，所述第一电机固定在该支架上且电机轴向上与所述蜗轮蜗杆减速器的蜗 杆相连接；所述蜗轮蜗杆减速器的蜗轮固装在所述支架和第一臂节的铰接销轴 上，该铰接销轴与第一臂节键或花键连接。
上述的进一步改进是为了使本实用新型结构紧凑、传动链更简单，减少传 动过程中的功率损失采用蜗轮蜗杆减速器将自锁减速器和传动机构集为一体， 而且该减速器具有自锁功能，可以使第一臂节停在任意角度，而无须外加约束； 第一电机固定在支架上，直接带动蜗轮蜗杆减速器，减少传动件，縮短传动距 离。
所述臂节共有三个，其中第二臂节和第三臂节的后部分别有与后方相邻臂 节的铰接点，在该铰接点后方的臂节本体向后上方折弯，在该折弯部的末端铰 接所述电推杆。这样可使电推杆在较小的行程内获得所连接臂节的更大活动范围。
为使机械臂可以绕垂直于地面的方向转动，所述托盘固定在旋转柱上端面， 该旋转柱上端由向心轴承支承在机器人移动装置上层箱的顶盖中，该旋转柱的
下端通过推力轴承同轴线套接有与所述上层箱底板固定的支承柱；在所述旋转 柱中部装有大齿轮，该大齿轮与第二电机输出轴上的小齿轮啮合。
设计上述的进一步改进方案，是对喷涂机器人功能的扩展，如通过对喷头 装置及其它相关部分改装后，可用于打磨墙面或用作机械手等。机器人在喷涂 作业过程中，该第二电机不工作。
所述旋转柱中心有轴向通孔，所述支承柱的上部设有与该通孔相对的型腔， 在所述型腔壁上开有与所述支承柱外壁相通的进液孔。在上层箱中还装有涂料 供给装置，涂料从涂料供给装置流出后，通过该进液孔进入支承柱的型腔，再 经旋转柱的轴向通孔从旋转柱上端由输送软管与喷头装置连接。这样，无论整 个机械臂如何绕垂直于地面的方向转动，均不会引起输送管路的缠绕。
所述臂节为铝合金材质，其中的每一臂节长于其前端相铰接的臂节。由于 机械臂较长，机械臂的重心容易偏离机器人移动装置的支承范围，就有可能使 机器人在工作过程中发生倾翻，因此必须保证移动装置要有足够的重量，并通 过采用铝合金材质以减轻臂节重量，而远离移动装置的臂节较短，以使整个机 器人的重心始终保持在移动装置的支承范围内。
所述臂节包括两侧板和连接板，所述两侧板垂直于水平面，所述连接板的 两端与所述两侧板固定。在保证臂节强度的条件下，简单优化臂节的结构。
本实用新型的有益效果是自动化程度高且灵活轻便，使机械臂前端能够 保持上、下垂直运动，而且有足够的防倾翻稳定性。
图1为本实用新型一种实施例的结构示意图。
图2为图1实施例中，下部分的轴测示意放大图。 图3为图2的A向剖视放大图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
如图l和图2所示， 一种室内喷涂机器人的机械臂主要由托盘l、支架2、 第一电机3、蜗轮蜗杆减速器4、第一臂节5、喷头装置6、电推杆7、铰接销轴 8、角位移传感器9、第二臂节IO、第三臂节ll、旋转柱12、向心轴承13、推 力轴承14、支承柱15、大齿轮16、第二电机17、小齿轮18、侧板19、连接板 20和控制器组成。其中，支架2垂直焊接固定在托盘1上，在支架2的上端通 过铰接销轴8铰接有第一臂节5。支架2设有两个垂直的支板，在两支板之间装 有第一电机3和蜗轮蜗杆减速器4，第一电机3是步进电机固定在两支板下部， 其电机轴向上并与蜗轮蜗杆减速器4的蜗杆相连接，该减速器中的蜗轮固装在 支架2和第一臂节5的铰接销轴8上，该铰接销轴8与第一臂节5花键连接。 蜗轮蜗杆减速器4将自锁减速器和传动机构集为一体，并具有自锁功能，由第 一电机3驱动蜗轮蜗杆减速器4带动第一臂节5摆动，并可以使第一臂节5停 在任意角度，而无须外加约束。
如图1所示，在支架2上共首尾铰接有三个臂节在第一臂节5前端铰接 有第二臂节IO，在第二臂节10前端铰接有第三臂节11，在第三臂节ll的前端 安装有喷头装置6。各个臂节为铝合金材质，第一臂节5的长度大于第二臂节 10的长度，第二臂节10的长度大于第三臂节11的长度。各个臂节包括两侧板19和若干连接板20，两侧板19垂直于水平面，连接板20的横截面呈"L"形， 连接板20的两端与两侧板19的内侧固定，从而将两侧板19连接。第二臂节10 和第三臂节11均由电推杆7推动，第二臂节10和第三臂节11的后部分别有与 后方相邻臂节相连接的铰接点，在该铰接点后方的第二臂节10和第三臂节11 的臂节本体向后上方折弯，在该折弯部的末端铰接电推杆7的推杆头，电推杆7 的壳体分别固定在第一臂节5和第二臂节10的前部。
如图1和图3所示，在各臂节首尾相互铰接的铰接销轴8上装有角位移传 感器9，控制器能根据角位移传感器9所采集的信息控制第一电机3和两电推杆 7。电推杆7或第一电机3与其邻近铰接销轴8上的角位移传感器9之间构成一 个反馈环节，当需要某臂节转动确定的角度时，由控制器发出驱动指令，让电 推杆7伸出或缩回，第一电机3正转或反转，同时由角位移传感器9实时检测 两节臂之间以及第一节臂5与支架2之间的角度，并通过输入通道反馈给控制 器，控制器将角位移传感器9得到的角度值与要求的角度值做差值，当两者的 差值在进入允许的范围时，控制器即可发出停止指令，使电推杆7或第一电机3 停止动作。
如图2和图3所示，托盘1位于机器人行走装置上层箱21的顶面上，托盘 1固定在旋转柱12上端面，该旋转柱12上端由向心轴承13支承在上层箱21的 顶盖中，该旋转柱12的下端通过推力轴承14同轴线套接有固定在上层箱21底 板上的支承柱15;在旋转柱12的中部装有大齿轮16，该大齿轮16与第二电机 17输出轴上的小齿轮18啮合。在旋转柱12中心有轴向通孔12a，支承柱15的 上部设有与该通孔12a相对的型腔15a，在所述型腔15a壁上开有与所述支承柱 15外壁相通的进液孔15b。这样，涂料从上层箱中的涂料供给装置流出后，通过该进液孔15b进入支承柱15的型腔15a ，再经旋转柱12的轴向通孔12a从 上端由输送软管与喷头装置6连接。无论整个机械臂如何绕垂直于地面的方向 转动，均不会引起输送管路的缠绕。 本实用新型是这样工作的
当喷涂作业时，以机械臂第三臂节ll前端保持沿墙面的上、下垂直运动为 条件，由控制器发出驱动指令，让电推杆7伸出或縮回带动第二臂节5、第三臂 节IO,第一电机3正转或反转驱动蜗轮蜗杆减速器4带动第一臂节5摆动，以 使某臂节转过确定的角度，同时由角位移传感器9实时检测两节臂之间以及第 一节臂5与支架2之间的角度，并通过输入通道反馈给控制器，控制器将角位 移传感器9得到的角度值与要求的角度值做差值，当两者的差值在进入允许的 范围时，控制器即可发出停止指令，使电推杆7或第一电机3停止动作，这样 就可使机械臂按确定的方式自动化喷涂。
若是对喷涂机器人的喷头装置6及其它相关部分改装后，将其用作打磨墙 面或用作机械手等，需要整个机械臂绕垂直于地面的方向转动，此时第二电机 17启动，经小齿轮18带动大齿轮16、旋转柱12旋转，从而使托盘l、机械臂旋转。
权利要求1、一种室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于包括第一电机(3)、自锁减速器、传动机构、首尾铰接的若干臂节和控制器，所述臂节中位于最后方的第一臂节(5)根部铰接在与托盘(1)固定的支架(2)上，所述第一电机(3)驱动所述自锁减速器和传动机构后带动第一臂节(5)摆动，所述臂节中位于最前方的臂节前端安装有喷头装置(6)；所述其余臂节的后端与电推杆(7)的前端铰接，该电推杆(7)的壳体固定在该臂节后方相邻臂节的前部，在各所述臂节的铰接销轴(8)上装有角位移传感器(9)，所述控制器能根据所述角位移传感器(9)采集的信息控制所述第一电机(3)和所述电推杆(7)。
2、 根据权利要求l所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所述第 一电机(3 )是步进电机，所述自锁减速器和所述传动机构是蜗轮蜗杆减速器(4)， 该第一电机(3)和所述蜗轮蜗杆减速器(4)位于所述支架(2)的两支板间， 所述第一电机(3)固定在该支架(2)上且电机轴向上与所述蜗轮蜗杆减速器(4)的蜗杆相连接；所述蜗轮蜗杆减速器(4)的蜗轮固装在所述支架(2)和 第一臂节(5)的铰接销轴(8)上，该铰接销轴(8)与第一臂节(5)键或花 键连接。
3、 根据权利要求l所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所述臂 节共有三个，其中第二臂节(10)和第三臂节(11)的后部分别有与后方相邻 臂节的铰接点，在该铰接点后方的臂节本体向后上方折弯，在该折弯部的末端 铰接所述电推杆(7)。
4、 根据权利要求l所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所述托盘(1)固定在旋转柱(12)上端面，该旋转柱(12)上端由向心轴承(13)支 承在机器人行走装置上层箱(21)的顶盖中，该旋转柱(12)的下端通过推力 轴承(14)同轴线套接有固定在所述上层箱(21)底板上的支承柱(15);在所 述旋转柱(12)中部装有大齿轮(16)，该大齿轮(16)与第二电机(17)输出 轴上的小齿轮(18)啮合。
5、 根据权利要求l所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所述旋 转柱(12)中心有轴向通孔(12a)，所述支承柱(15)的上部设有与该通孔(12a) 相对的型腔(15a)，在所述型腔(15a)壁上开有与所述支承柱(15)外壁相通 的进液孔(15b)。
6、 根据权利要求1或3所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所 述臂节为铝合金材质，其中的每一臂节长于其前端相铰接的臂节。
7、 根据权利要求6所述的室内喷涂机器人的机械臂，其特征在于所述臂 节包括两侧板(19)和连接板(20)，所述两侧板(19)垂直于水平面，所述连 接板(20)的两端与所述两侧板(19)固定。
专利摘要本实用新型公开了一种室内喷涂机器人的机械臂，包括第一电机(3)、自锁减速器、传动机构、首尾铰接的若干臂节和控制器，所述臂节中位于最后方的第一臂节(5)根部铰接在与托盘(1)固定的支架(2)上，所述第一电机(3)驱动所述自锁减速器和传动机构后带动第一臂节(5)摆动，所述臂节中位于最前方的臂节前端安装有喷头装置(6)；所述其余臂节由电推杆(7)推动，在各臂节的铰接销轴(8)上装有角位移传感器(9)，所述控制器能根据所述角位移传感器(9)采集的信息控制所述第一电机(3)和所述电推杆(7)。本实用新型自动化程度高且灵活轻便，使机械臂前端能够保持上、下垂直运动，而且有足够的防倾翻稳定性。
文档编号B25J18/04GK201432305SQ20092012729
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者侯海波, 周明红, 尹先进, 李奇敏 申请人:重庆大学