[发明专利]轨道式喷涂机器人

权利要求书

1.一种轨道式喷涂机器人，其特征在于，包括：喷涂装置、轨道小车、操控装置和轨道装置，其中：轨道小车设置于轨道装置上，喷涂装置设置于轨道小车上，操控装置分解运动轨迹并发送控制指令分别至轨道装置、轨道小车和喷涂装置的对应执行器；

所述的操控装置包括：工控机和嵌入式控制单元，其中：工控机将三维船舶分段图纸转化为嵌入式控制单元可读取的喷涂机器人的运动控制代码，嵌入式控制单元读取工控机发送的机器人运动控制代码并进行坐标分解，分别向轨道装置、轨道小车和喷涂装置的对应执行器发送位置、速度、加速度控制指令并将各执行器的状态反馈到工控机上；

所述的工控机包括：无风扇全封闭式机箱、防爆监控显示器，其中：全封闭式机箱表面布有防止机箱过热的散热片；工控机机箱通过网线与集控台相连，接收需要喷涂分段的维数据，由工控机内部的路径规划软件规划喷枪的运动轨迹；人工操作时，集控台向工控机直接发送机器人动作指令，再由嵌入式控制单元处理指令后对喷涂机器人的姿态进行调整；工控机机箱与嵌入式控制单元通过工业网线连接，向嵌入式控制单元传输喷涂机器人喷枪的运动路径规划，接收嵌入式控制单元传回的喷涂机器人各部件的实时位置信息并经过上位机软件处理后在集控台的显示器上显示喷涂机器人的当前运行状态；工控机的防爆监控显示器包括：显示器和防爆壳，防爆壳为不锈钢外壳，表面设置有钢化玻璃，钢化玻璃与不锈钢外壳之间嵌入密封条；不锈钢防爆壳上设有两个O型密封圈，封圈内通过显示器电源线与显示器数据线；显示器数据线与工控机机箱相连；

所述的嵌入式控制单元包括：控制模块和触摸屏，其中：控制模块通过工业网线与工控机相连，通过TCP/IP协议进行相互通信，具体为：控制模块内置驱动程序，将工控机发送的喷枪的运动路径参数转化为喷涂机器人上各伺服电机的转速、旋转角度参数并发送给各电机控制器；控制模块的驱动程序根据喷枪的运动速度、现场温度、湿度，调整钢砂或油漆的流量；控制模块通过PROFIBUS-DP现场总线与高压电管理箱、伺服控制器、五轴机械手臂控制器、喷枪控制器进行通讯，发送或接受控制器的运动参数；控制模块通过远程I/O模块、AD采集模块、变送器模块采集机器人上各传感器信息；控制模块通过RS接口与触摸屏通讯；触摸屏内安装了操作界面程序，通过操作触摸屏选择喷漆或喷砂的工艺；

所述的轨道小车包括：车体、行走机构、回转机构和驱动机构，其中：行走机构设置于车体底部并与钢轨滑动连接，驱动机构设置于车体内并控制行走机构在钢轨上移动，回转机构设置于车体上并与水平回转伸缩臂相连；

所述的行走机构包括：胶轮和驱动轴，其中：驱动轴设置于胶轮上；

所述的驱动机构包括：第二减速机、第二防爆伺服电机和第二伺服控制器，其中：第二伺服控制器与第二防爆伺服电机相连，第二防爆伺服电机与第二减速机相连，第二减速机与驱动轴相连；第二伺服控制器驱动第二防爆伺服电机旋转，第二防爆伺服电机再带动第二减速机的输入轴旋转；通过第二减速机的齿轮组将转速降低后，第二减速机的输出轴直接连接到驱动轴上；第二防爆伺服电机采用永磁同步电机，采用旋变反馈用于反馈电机旋转角度与转速；第二伺服控制器通过PROFIBUS-DP现场总线与控制模块相连，驱动电源采用380V动力电；第二伺服控制器为第二防爆伺服电机供电、定位以及对加速度进行控制从而使得机器人平顺运行；

所述的回转机构包括：回转驱动部分和回转轴，其中：回转驱动部分设置于车体内，回转轴设置于车体上并与水平回转伸缩臂相连，回转驱动部分控制回转轴旋转；

所述的回转驱动部分包括：第一减速机、第一防爆伺服电机、第一伺服控制器，其中：第一伺服控制器与第一防爆伺服电机相连，第一防爆伺服电机与第一减速机相连，第一减速机与回转轴相连；

所述的回转轴包括：第一齿轮、内齿轮圈和轴承，第一齿轮为油性尼龙材料，其中：第一齿轮设置于内齿轮圈内并与第一减速机的输出法兰相连，轴承设置于内齿轮圈两侧并与轨道小车相连；

所述的喷涂装置包括：依次连接的配重块、水平回转伸缩臂、分段管节、五轴机械手臂和喷枪，其中：水平回转伸缩臂与轨道小车相连；

所述的水平回转伸缩臂包括：伸缩臂管节和设置于其内的伸缩臂驱动机构和伸缩臂伸缩机构，其中：伸缩臂驱动机构设置于伸缩臂管节顶端，伸缩臂驱动机构控制伸缩臂伸缩机构进行伸缩移动；

所述的伸缩臂管节的截面为矩形形状，伸缩臂管节包括：第一伸缩臂管节和第二伸缩臂管节，其中：第一伸缩臂管节和第二伸缩臂管节通过铜石墨合金轴套嵌入相连；

所述的第一伸缩臂管节和第二伸缩臂管节的管壁最小厚度大于5mm，外表面设有若干限位传感器与超声波传感器；限位传感器用于监测水平回转伸缩臂的伸缩长度，当伸缩臂管节过度伸出或过度收回时，会触发急停装置；超声波传感器用于监测水平回转伸缩臂四周的障碍物，当水平回转伸缩臂与障碍物距离过小时，触发急停装置，防止水平回转伸缩臂与周边障碍物发生碰撞；

所述的伸缩臂驱动机构包括：第三防爆伺服电机、第三伺服控制器、防爆行星齿轮减速机，其中：第三伺服控制器与第三防爆伺服电机相连，第三防爆伺服电机与防爆行星齿轮减速机相连，防爆行星齿轮减速机与水平回转伸缩机构相连；

所述的伸缩臂伸缩机构包括：第二齿轮、避让槽和齿条，第二齿轮为油性尼龙材料，齿条为钢尺条，其中：第二齿轮设置于齿条内并设置于防爆行星齿轮减速机的输出轴上，齿条与避让槽相配合；

所述的五轴机械手臂包括：驱动机构、五组机械臂关节和用于安装固定喷枪的喷枪夹具，其中：驱动机构包括五套由伺服电机、伺服驱动器及齿轮传动装置组成的驱动单元，每组机械臂关节包括机械臂壳体、轴承、法兰盘，喷砂时，喷枪采用喷砂枪并连接高压气路与喷砂管路；喷漆时，拆卸喷砂枪替换为喷漆枪并连接高压气路与喷漆管路；

所述的轨道装置包括：永磁吸盘和钢轨，其中：钢轨设置于永磁吸盘上，永磁吸盘用铆钉固定在钢轨的两边；当需要钢轨时，调整好钢轨位置后，压下永磁吸盘上的手柄，永磁吸盘内的磁铁降到底部，吸附在车间底部钢板上；当所有永磁吸盘的手柄都压下后，钢轨固定完毕；需要移走钢轨时，抬起永磁吸盘的手柄，磁铁被拉离钢板；当磁铁距离钢板一定距离后，吸力大幅减小，钢轨便被抬起并更换安装位置。

2.一种具有轨道式喷涂机器人的车间，其特征在于，包括：如权利要求1所述的轨道式喷涂机器人、载人平台、线缆与管路、坦克拖链、用于控制喷涂机器人线缆与管路的长度与运动的第一收线器和第二收线器、电气柜、集控台、船体分段和分段支墩，其中：车间包括办公区域和喷涂区域，办公区域的集控台通过网线与工控机相连，组成局域网；操作人员在办公区域内通过玻璃监控窗与集控台监控喷涂机器人的运行状态并对喷涂机器人实施控制；工控机与嵌入式控制单元通过工业网线相连；嵌入式控制单元的输出端与电气柜相连，电气柜同时作为喷涂机器人的动力电电源；线缆与管路分别与从车间地面的电气柜、高压气罐、油漆罐、钢砂罐接出；线缆与管路装入坦克拖链内后，依次连接到第二收线器、轨道小车、水平回转伸缩臂、第一收线器、伸缩臂管节、五轴机械手臂和喷枪；载人平台与配重块分别设置于伸缩臂管节的两端；船体分段压载在分段支墩上；坦克拖链设置于第一收线器和第二收线器上，第一收线器设置于轨道装置末端，第二收线器设置于轨道小车上；

所述的载人平台包括：控制喷涂机器人整体移动的控制台、工装夹具和用于搭载工人进行喷涂的钢结构平台；

所述的线缆与管路包括：电源线、现场总线、传感器信号线、油漆管路、喷砂管路和高压气路，其中：电源线、现场总线与控制器相连；线缆外部包裹护线管，护线管为铜合金编织物，护线管接地；电源线、现场总线、传感器信号线设置于护线管内；油漆管路、喷砂管路、高压气路分别与油漆罐、钢砂罐和高压气罐相连；护线管、油漆管路、喷砂管路、高压气路均固定设置于坦克拖链内；喷涂机器人运动时，坦克拖链从第一收线器和第二收线器内拉出或被其中。