一种具有半球体作业范围的伸缩式喷涂示教机构的制作方法

本实用新型涉及一种用于喷涂行业的示教设备，具体涉及一种伸缩式、轻质、无操作干涉、可大范围内示教的喷涂示教机构。

背景技术：

在喷涂行业中，多轴喷涂机械手的作业编程主要有两种方式：在线示教编程和离线编程。在线示教编程是指在机械手生产现场，由操作工人手持机械手的终端按照手动喷涂轨迹路线进行移动，同时传感器记录机械手关节运动信息，以获取机械手喷涂作业轨迹。这种示教方法主要适用于关节机器人，编程简单、直观，但需要操作者在一定负荷下完成质量要求的喷涂作业，劳动强度大、经验要求高，且关节机械手价格成本高，适用于大批量喷涂作业。离线编程不同于在线示教编程，操作者不需要操纵实际作业的机械手，而是脱离实际作业环境，根据喷涂工件外形尺寸，利用计算机几何图形学获取机械手喷涂作业轨迹；离线编程可预先优化操作方案和运行周期时间，但对工人技术和编程知识要求高，且不能直观表达机械手作业轨迹，主要适用于结构简单的喷涂件。

目前中小型喷涂企业，一般以单件小批量生产模式为主，其喷涂工件的特点是：尺寸大小不一、形状多变、更换频繁，作业方式是以灵活的人工喷涂为主。若要实现中小型喷涂企业的工业自动化，提升生产效率，以上两种多轴机械手作业方式都难以满足喷涂工件复杂多变的特点。

技术实现要素：

实用新型目的：针对中小型喷涂企业现状，提供一种具有半球体作业范围的伸缩式喷涂示教机构，实现轻质、无操作干涉、作业范围大、成本低的目的。

技术方案：为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种具有半球体作业范围的伸缩式喷涂示教机构，包括基座、转轴板、连接装置、伸缩装置、示教手腕机构、喷枪装置，所述基座固定安装在地面，所述转轴板与基座转动连接，所述连接装置与转轴板转动连接，以上两个转动连接以十字交叉的方式组合，可实现示教机构半球面内自由转动，机构作业范围大且无死点、无干涉；所述伸缩装置可实现自由伸缩动作，其下部与连接装置固定连接；所述两个转动连接为十字交叉的方式组合和伸缩装置的自由伸缩动作组合起来，可实现示教机构在半球体内对工件上下、左右喷涂作业；所述示教手腕机构可实现摆转动作，模拟人手腕的动作，其下部与伸缩装置固定连接；所述喷枪装置与示教手腕机构固定连接。

所述基座包括底座安装板和两个转轴座，所述转轴座与底座安装板通过螺纹连接，便于转轴板的装配，所述转轴座上有旋转编码器安装孔，用于安装第一旋转编码器。

所述转轴板包括底座转轴和安装板，所述底座转轴与安装板通过螺纹连接，所述安装板上固定有编码器安装支架，所述底座转轴一端连接第一旋转编码器，用于记录伸缩装置的第一姿态角。

所述连接装置包括连接轴、转动轴，所述连接轴与转动轴通过销钉固定连接，所述转动轴一端连接第二旋转编码器，所述第二旋转编码器安装在所述编码器安装支架上，用于记录伸缩装置的第二姿态角，所述连接轴上固定有位移传感器安装板，所述位移传感器安装板上固定位移传感器，所述位移传感器用于记录示教机构的伸缩长度。

所述伸缩装置包括连接杆、钢珠导套和位移传感器固定螺杆，所述钢珠导套与所述连接杆过盈连接，所述钢珠导套上开有2.5mm的通孔，所述位移传感器固定螺杆与所述连接杆通过螺纹连接，所述伸缩装置的伸缩运动可满足示教机构在较大范围内实现喷涂作业。

进一步地，所述连接杆为经过硬化处理且壁厚为3mm的高强度铝合金空心管，且分为为三节，分别为第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆；通过所述钢珠导套使第二连接杆嵌套在第一连接杆内，第三连接杆嵌套在第二连接杆内，使得三节连接杆之间可自由滑动；所述连接杆表面距两端80mm之间的母线上开有一条深度为2mm的V型直槽，装配时所述V型直槽与所述钢珠导套的通孔相对应，所述通孔内装入2.2mm的钢珠，所述钢珠由紧定螺钉定位，防止机构伸缩运动时连接杆发生转动，影响位移传感器记录的位置参数精确度，所述V型直槽可在机构伸缩运动时起导向和限位作用。

所述示教手腕机构包括十字万向联轴器、喷枪连接杆、滚针轴承和定位止头螺丝，所述喷枪连接杆轴向上还开有矩形槽，所述十字万向联轴器下端与所述伸缩装置固定连接，上端通过所述滚针轴承与所述喷枪连接杆转动连接，所述矩形槽与定位止头螺丝在喷枪连接杆转动时起轴向限位作用，使得所述喷枪连接杆可实现360度自由摆转动作。

所述喷枪装置包括手动喷枪、三轴电陀螺仪、三轴电陀螺仪安装板，所述三轴电陀螺仪安装板固定在所述手动喷枪上，所述三轴电陀螺仪固定在所述三轴电陀螺仪安装板上，所述手动喷枪与喷枪连接杆固定连接，手动喷枪喷涂作业时，三轴电陀螺仪记录喷枪姿态角度信息。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过提取喷涂作业轨迹参数并由多轴控制器读取运动参数信息、驱动机械手复现示教机构操作过程，可弥补目前多轴机械手作业方式不适用于复杂多变、更换频繁的喷涂工件的缺陷，提升多轴机械手喷涂作业方式灵活性，具体有益效果表现为：

1、有效地设计了伸缩装置与基座衔接方式，使示教机构能够无干涉、无死点地在半球面内自由转动。

2、采用钢珠导套和空心管相互嵌套的方式，使伸缩装置能在较大范围内自由伸缩作业，V型直槽限位、限转功能设计使编码器能够更加准确地记录示教机构位置信息。

3、伸缩装置采用三节空心管相互嵌套的安装方式，使手动操作更加轻量化，示教范围更加广泛。

4、喷枪装置通过喷枪连接杆与示教手腕机构转动连接，示教手腕机构通过十字万向节与伸缩装置固定连接，使喷枪手动操作更加灵活，示教时可完全实现人工在线喷涂的作业习惯。

5、结构设计合理，原理简单，成本低，便于在喷涂行业中推广使用。

附图说明

图1为本实用新型伸缩式喷涂示教机构的立体结构示意图；

图2为本实用新型伸缩式喷涂示教机构的示教手腕机构局部放大示意图；

图3为本实用新型伸缩式喷涂示教机构的伸缩装置结构局部放大示意图。

其中：

1、基座；2、转轴板；3、连接装置；4、伸缩装置；5、示教手腕机构；6、喷枪装置；101、底座安装板；102、转轴座；104、第一旋转编码器；203、底座转轴；204、第二旋转编码器；205、安装板；206、深沟球轴承；208、编码器安装支架；307、转动轴；309、位移传感器安装板；310、位移传感器；311、连接轴；401、连接杆；402、通孔；412、第一连接杆；413、第二连接杆；414、第三连接杆；415、位移传感器固定螺杆；416、V型直槽；422、限位螺杆；423、钢珠；425、钢珠导套；516、十字万向联轴器；517、喷枪连接杆；521、滚针轴承；524、定位止头螺丝；525、矩形槽、618、手动喷枪；619、三轴电陀螺仪安装板；620、三轴电陀螺仪。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

图1所示，一种具有半球体作业范围的伸缩式喷涂示教机构，包括基座1、转轴板2、连接装置3、伸缩装置4、示教手腕机构5、喷枪装置6，所述基座1固定安装在地面，所述转轴板2与基座1通过底座转轴203转动连接，所述连接装置3与转轴板2通过转动轴307转动连接，底座转轴203与转动轴307以十字交叉的方式组合，可实现示教机构半球面内自由转动，机构作业范围大且无死点、无干涉；所述伸缩装置4可实现自由伸缩动作，其下部与连接装置3固定连接；所述两个转动连接为十字交叉的方式组合和伸缩装置的自由伸缩动作组合起来，可实现示教机构在半球体内对工件上下、左右喷涂作业；所述示教手腕机构5可实现摆转动作，模拟人手腕的动作，其下部与伸缩装置4固定连接；所述喷枪装置6与示教手腕机构5固定连接。

所述基座1包括底座安装板101和两个转轴座102，所述转轴座102与底座安装板101通过螺纹连接，便于转轴板2的装配，所述转轴座102上有旋转编码器安装孔，用于固定第一旋转编码器104。

所述转轴板2包括底座转轴203和安装板205，所述底座转轴203与安装板205通过螺纹连接，所述安装板205上固定有编码器安装支架208；所述底座转轴203通过深沟球轴承206与转轴座102连接，所述底座转轴203一端连接第一旋转编码器104，用于记录伸缩装置的第一姿态角。

所述连接装置3包括连接轴311、转动轴307，所述连接轴311与转动轴307通过销钉固定连接，所述转动轴307通过轴承与所述安装板205转动连接；所述转动轴307一端连接第二旋转编码器204，所述第二旋转编码器204安装在所述编码器安装支架208上，用于记录伸缩装置的第二姿态角，所述连接轴311上固定有位移传感器安装板309，所述位移传感器安装板309上固定位移传感器310，所述位移传感器310用于记录示教机构的伸缩长度。

所述伸缩装置4包括连接杆401、钢珠导套425和位移传感器固定螺杆415，所述钢珠导套425与所述连接杆401过盈连接，所述钢珠导套425上开有2.5mm的通孔402，所述位移传感器固定螺杆415与所述连接杆401通过螺纹连接，所述伸缩装置4的伸缩运动可满足示教机构在较大范围内实现喷涂作业。

进一步地，如图3所示，所述连接杆401为经过硬化处理且壁厚为3mm的高强度铝合金空心管，且分为为三节，分别为第一连接杆412、第二连接杆413、第三连接杆414；通过所述钢珠导套425使第二连接杆413嵌套在第一连接杆412内，第三连接杆414嵌套在第二连接杆413内，使得三节连接杆之间可自由滑动；所述第二连接杆413和第三连接杆414表面母线上距两端80mm之间开通2mm深度的V型直槽416，装配时所述V型直槽416与所述钢珠导套425的通孔402相对应，所述通孔402内装入2.2mm的钢珠423，所述钢珠423由限位螺杆422定位，防止机构伸缩运动时连接杆发生转动，影响位移传感器记录的位置参数精确度。

所述示教手腕机构5包括十字万向联轴器516、喷枪连接杆517、滚针轴承521、定位止头螺丝524，所述喷枪连接杆517轴向上还开有矩形槽525，所述十字万向联轴器516下端与所述伸缩装置4的第三连接杆414通过销钉固定连接，上端通过所述滚针轴承521与所述喷枪连接杆517转动连接，所述矩形槽525与定位止头螺丝524在喷枪连接杆517转动时起轴向限位作用，使得所述喷枪连接杆517可实现360度自由摆转动作，如图2所示。

所述喷枪装置6包括手动喷枪618、三轴电陀螺仪619、三轴电陀螺仪安装板620，所述三轴电陀螺仪安装板620固定在所述手动喷枪618上，所述三轴电陀螺仪619固定在所述三轴电陀螺仪安装板620上；所述手动喷枪618与喷枪连接杆517固定连接，手动喷枪618喷涂作业时，三轴电陀螺仪619可记录喷枪姿态角度信息。

以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的系统结构之内。