十三自由度大型船体外表面喷涂机器人的制造方法与工艺

本发明具体涉及一种十三自由度大型船体外表面喷涂机器人。

背景技术：
随着机电系统和机器人技术的发展，高现代化的数控和机器人技术已经在逐步替代原始的人力劳动。船舶的分段船体体积巨大，需要喷涂的范围广，而国内大型船舶喷涂行业仍采用工作落后的、传统的人工作业方式，工人操作时需要在阴暗封闭的喷涂车间里长时间工作，劳动强度大、工作条件差，在此过程中产生大量有害气体，影响到操作工人的身体健康及劳动情绪，而且喷涂质量受员工的技术水平、情绪等影响较大，造成喷涂工序的反喷率较高，制约了生产力。国内外许多研究机构研制了喷涂机器人来解决船舶等大型工件的喷涂问题，例如申请公布号CN105149148A的发明专利“大型复杂工件表面多机器人自动喷涂系统”，采用龙门式三坐标式移动机构，虽然解决了大型工件的喷涂工作，但需要对分段船体的喷涂车间进行改造，成本高，而且三坐标直线移动机构灵活性差，曲面适应灵活性差，不适应于用复杂、形状多变曲面。授权公告号CN204866301U的实用新型专利“船舶自动喷涂机器人”中，机器人依靠磁吸附的方式通过在船体表面的爬行实现喷涂，这种方式的缺点是工作效率低，灵活性差，可靠性差，对船体表面的光滑度要求高，并且附着在船体表面，影响船体喷涂质量。为实现船舶分段自动涂装工艺，解决船舶分段外立面涂装效率低、喷涂质量不稳定等问题，急需设计出一种多自由度大型船舶喷涂机器人，提升船舶分段制造工艺与自动化水平。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种十三自由度大型船体外表面喷涂机器人，以解决现有设备分为船体表面吸附式和框架移动式，前者对船体表面光滑度要求高，可靠性差，后者灵活性差，导致喷涂的反喷率高，喷涂质量低下的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种十三自由度大型船体外表面喷涂机器人，它包括移动车体、七自由度液压展臂和六自由度轻量化机械手，所述移动车体靠近分段船体设置，所述七自由度液压展臂设置在移动车体上，所述六自由度轻量化机械手设置在七自由度液压展臂上；所述七自由度液压展臂包括配重转盘、第一大臂、辅臂、主臂、伸缩臂、短臂、旋转支撑连接件、第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第四液压缸、第五液压缸、第六液压缸、第一连接件、第二连接件和第三连接件，所述配重转盘设置在移动车体上并与移动车体转动配合，所述第一液压缸设置在配重转盘内，所述第一大臂的一端与配重转盘内的第一液压缸相连接，所述第一大臂的另一端铰接在第一连接件上，所述第一大臂在第一液压缸的驱动下作出抬升和下落动作，所述辅臂设置在第一连接件和第二连接件之间，所述第二液压缸设置在配重转盘上，所述辅臂与第二液压缸相连接并在第二液压缸的驱动下作出抬升或下落动作，所述主臂的一端铰接在第二连接件上，所述第三液压缸设置在第二连接件和主臂之间，所述主臂在第三液压缸的驱动下作出抬升或下落动作，所述主臂内设置有第四液压缸，所述伸缩臂的一端套装在主臂内并与第四液压缸相连接，所述伸缩臂在第四液压缸的驱动下作出沿主臂长度方向伸出或缩回的动作，所述伸缩臂的另一端通过第三连接件与短臂相连接，伸缩臂和第三连接件相铰接且二者之间设置有第五液压缸，第三连接件在第五液压缸的驱动下作出摆动动作，所述短臂铰接在第三连接件和旋转支撑连接件之间，所述短臂和第三连接件之间设置有第六液压缸，所述短臂在第六液压缸的驱动下作出抬升或下落动作；六自由度轻量化机械手包括载重平台和机械手本体，所述机械手本体为轻量化机械本体，所述机械手本体固定安装在载重平台上，所述载重平台与旋转支撑连接件相连接。机械手本体包括第一防爆伺服电机、第二防爆伺服电机、第三防爆伺服电机、旋转底座、外部连杆、肘部支撑件、防爆外壳、小臂用连接件、小臂、手腕中段、手腕末端、喷枪连接件、喷枪和第二大臂，所述第一防爆伺服电机通过电机法兰连接在载重平台的下端面，所述旋转底座设置在载重平台的上端面且其底部与第一防爆伺服电机的输出轴相连接，所述第二大臂的底部铰接在旋转底座上，所述第二防爆伺服电机和第三防爆伺服电机分别位于第二大臂的两侧且均固定安装在旋转底座上，所述第二大臂的顶部与肘部支撑件相铰接，肘部支撑件的顶部设置有小臂用连接件，所述小臂用连接件的一端设置有防爆外壳，所述小臂用连接件的另一端通过手腕中段与手腕末端相连接，手腕末端上设置有喷枪，喷枪上设置有喷枪连接件，所述外部连杆设置在旋转底座和防爆外壳之间。机械手本体还包括第一RV减速器，所述第一RV减速器设置在第一防爆伺服电机和旋转底座之间。所述小臂包括第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、手腕中段传动杆、第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮、第三圆柱齿轮、第四圆柱齿轮、第五圆柱齿轮、第一行星减速器、第一伺服电机、第二行星减速器、第二伺服电机、第三伺服电机、第三行星减速器、第六圆柱齿轮、手腕接口法兰、第三圆锥齿轮、手腕末端外壳、第四圆锥齿轮、第五圆锥齿轮和第六圆锥齿轮，所述手腕中段传动杆的一端依次设置有第一圆柱齿轮、第二圆柱齿轮和第三圆柱齿轮，所述第一伺服电机设置在第二行星减速器上，所述第二行星减速器的输出轴上套装有第五圆柱齿轮，所述第一行星减速器通过第五圆柱齿轮与第三圆柱齿轮相啮合；所述第二伺服电机设置在第一行星减速器上，所述第一行星减速器的输出轴上套装有第四圆柱齿轮，所述第一行星减速器通过第四圆柱齿轮与第二圆柱齿轮相啮合；所述第三伺服电机设置在第三行星减速器上，所述第三行星减速器的输出轴上套装有第六圆柱齿轮，所述第三行星减速器通过第六圆柱齿轮与第一圆柱齿轮相啮合，所述述手腕中段传动杆的另一端依次设置有第一圆锥齿轮和第二圆锥齿轮，所述第六圆锥齿轮和第五圆锥齿轮相连接且同轴设置，所述第六圆锥齿轮与第二圆锥齿轮相啮合，所述第五圆锥齿轮与第一圆锥齿轮相啮合，所述第四圆锥齿轮与第六圆锥齿轮相连接且同轴设置，所述第四圆锥齿轮与第三圆锥齿轮相啮合，所述第三圆锥齿轮外罩有手腕末端外壳，所述手腕接口法兰处于手腕末端外壳外且与第三圆锥齿轮相连接。所述小臂还包括手腕末端传动杆和手腕接口法兰传动杆，所述手腕接口法兰传动杆、手腕末端传动杆和手腕中段传动杆由内至外依次同轴设置，所述手腕接口法兰传动杆的两端分别与第五圆柱齿轮和第二圆锥齿轮相连接，所述手腕末端传动杆的两端分别与第二圆柱齿轮和第一圆锥齿轮相连接。本发明具有以下有益效果：1、本发明采用移动车体、七自由度液压展臂与六自由度机械手结合的方式，在喷涂过程中，本发明整体在水平面上移动，实现多定点喷涂，通过七自由度液压展臂的伸展，提高了本发明整体的喷涂范围。2、本发明中七自由度液压展臂与六自由度机械手的十三个自由度采用串联的方式，提高了整个机械臂的灵活性，本发明既能够实现定点喷涂还可以实现移动喷涂，在移动车体固定的定点喷涂过程中，提高了整个设备的操作范围，最大喷涂高度可达到15m。3、采用七自由度液压展臂与六自由度机械手相结合的方式，分别采用液压驱动和电机驱动，能够在保证大负载的同时又不失灵活性。4、本发明中设置的六自由度轻量化机械手重量轻，自重110KG，工作范围大，工作半径可达1.8m，采用三自由度斜交手腕，提高了整个机械臂喷涂过程中的灵活性。5、相比现有技术中的爬壁式的喷涂机器人，本发明的十三自由度大型船体外表面喷涂机器人在完成喷涂10m*20m的船体时，仅需要25分钟，从而高效率地完成船体喷涂；6、本发明在工作时，依靠移动车体中驱动轮的驱动，实现发明整体的水平移动，最大移动速度100m/min，依靠配重转盘的旋转，实现发明整体的转动，依靠七自由度液压展臂的伸展，实现末端轻量化的六自由度轻量化机械手在垂直方向的移动，末端轻量化机械臂的灵活运动，通过上述各个运动的组合，实现一段船体外表面的多种喷涂顺序方式，在喷涂过程中无需与喷涂面接触，从而摆脱了喷涂对象表面状况的限制。附图说明图1为本发明的使用状态图；图2为本发明的主视结构示意图；图3为本发明的立体结构示意图；图4为六自由度轻量化机械手的第一立体结构示意图；图5为六自由度轻量化机械手的第二立体结构示意图；图6为小臂27的内部立体结构示意图；图7为小臂27、手腕中段外壳310、小臂用外壳313和小臂用连接件28之间连接关系的剖面图；图8是旋转底座23、第二大臂215和肘部支撑件25之间连接关系的立体结构示意图；图9为第三防爆伺服电机213、第二防爆伺服电机21、第二RV减速器45、第三RV减速器42、驱动连杆41和减速器输出法兰43之间连接关系的剖面图；图10是第一RV减速器47、电机法兰46、载重平台12和第二防爆伺服电机22之间连接关系的剖面图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式包括移动车体、七自由度液压展臂和六自由度轻量化机械手，所述移动车体靠近分段船体2设置，所述七自由度液压展臂设置在移动车体上，所述六自由度轻量化机械手设置在七自由度液压展臂上；所述七自由度液压展臂包括配重转盘18、第一大臂19、辅臂110、主臂112、伸缩臂113、短臂116、旋转支撑连接件117、第一液压缸、第二液压缸13、第三液压缸111、第四液压缸、第五液压缸114、第六液压缸115、第一连接件51、第二连接件52和第三连接件53，所述配重转盘18设置在移动车体上并与移动车体转动配合，所述第一液压缸设置在配重转盘18内，所述第一大臂19的一端与配重转盘18内的第一液压缸相连接，所述第一大臂19的另一端铰接在第一连接件51上，所述第一大臂19在第一液压缸的驱动下作出抬升和下落动作，所述辅臂110设置在第一连接件51和第二连接件52之间，所述第二液压缸13设置在配重转盘18上，所述辅臂110与第二液压缸13相连接并在第二液压缸13的驱动下作出抬升或下落动作，所述主臂112的一端铰接在第二连接件52上，所述第三液压缸111设置在第二连接件52和主臂112之间，所述主臂112在第三液压缸111的驱动下作出抬升或下落动作，所述主臂112内设置有第四液压缸，所述伸缩臂113的一端套装在主臂112内并与第四液压缸相连接，所述伸缩臂113在第四液压缸的驱动下作出沿主臂112长度方向伸出或缩回的动作，所述伸缩臂113的另一端通过第三连接件53与短臂116相连接，伸缩臂113和第三连接件53相铰接且二者之间设置有第五液压缸114，第三连接件53在第五液压缸114的驱动下作出摆动动作，所述短臂116铰接在第三连接件53和旋转支撑连接件117之间，所述短臂116和第三连接件53之间设置有第六液压缸115，所述短臂116在第六液压缸115的驱动下作出抬升或下落动作；六自由度轻量化机械手包括载重平台12和机械手本体，所述机械手本体为轻量化机械本体，所述机械手本体固定安装在载重平台12上，所述载重平台12与旋转支撑连...