專利名稱：彎管外防腐涂裝機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機電產(chǎn)品，確切講，涉及一種對鋼質(zhì)彎管外表面噴涂防腐或纏繞防腐的彎管外防腐涂裝機，在水利電力、石油化工等企業(yè)管道系統(tǒng)安裝中，有著廣泛的、實質(zhì)性的使用價值。
在水利電力、石油化工等企業(yè)管道系統(tǒng)安裝中，安裝的管道在空間架設(shè)，由于接觸空氣，管道外表面氧化而銹蝕。安裝的管道隱埋在地下，由于接觸地下的活性物質(zhì)，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而腐蝕。這種銹蝕或腐蝕，都會縮短管道的使用周期。因此，在管道安裝前，一般都需經(jīng)過防銹蝕、防腐蝕的處理。
背景技術(shù)：
隨著管道施工設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展、進步，在管道工程建設(shè)中，管子或彎管的防銹蝕、防腐蝕的處理，已從最初的刷油漆、瀝青，發(fā)展到在管子外表面涂裝環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶，擠壓聚乙烯。對直管防腐涂裝，由于管子有一根對于各管段都同心的軸線，常采用機械傳動方法使管子繞軸線旋轉(zhuǎn)；涂裝環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶，擠壓聚乙烯的設(shè)備安裝在管子的一旁，隨著管子的旋轉(zhuǎn)，涂裝物質(zhì)噴涂到管子上，或?qū)⑵湟欢烁街诠茏油獗砻嫔献詣永p繞上去。由于管子在繞軸線旋轉(zhuǎn)的同時，又以一定的速度沿管子軸向方向前進，因此，涂裝物質(zhì)實際上是以一定的導(dǎo)程(螺旋角)連續(xù)噴涂或纏繞到管子外表面，完成防銹蝕、防腐處理。采用機械化涂裝方法，涂裝物質(zhì)均勻、致密，噴涂或纏繞質(zhì)量高，提高了管子防銹蝕、防腐能力。但對于彎管，由于存在彎曲半徑，彎管的各管段沒有一根同心的軸線。以普通的方法夾持彎管的一端，通過機械傳動使彎管旋轉(zhuǎn)，彎管各管段的旋轉(zhuǎn)形式各不相同，各管段的運動軌跡也是各不相同。因此，沒有一種可利用的噴涂或纏繞方式，不能采用機械化方法，把涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞到彎管的外表面。
上述原因，限制了現(xiàn)有的機械化防銹蝕、防腐處理技術(shù)，在彎管防銹蝕、防腐處理中的使用。所以，多年來，一般小口徑彎管(管徑＜Φ325mm)都采用人工除銹，人工纏繞防腐層；大口徑彎管(管徑＞Φ325mm)采用機械除銹，人工纏繞防腐層。采用纏繞防腐層，不僅速度慢，纏繞的防腐層不均勻，同等材料的防銹蝕、防腐能力差，和高質(zhì)量的防腐處理直管子一起使用，彎管防銹蝕、防腐質(zhì)量差，將是質(zhì)量隱患；而且防銹蝕、防腐處理作業(yè)環(huán)境差，生產(chǎn)工人勞動強度大，不利于不安全生產(chǎn)，增加了輔助施工時間和管道安裝工期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是針對采用現(xiàn)有防銹蝕、防腐處理技術(shù)，不能使用機械化方法涂裝彎管的實際情況，提供一種彎管外防腐涂裝機，實現(xiàn)彎管防銹蝕、防腐涂裝機械化，提高彎管防銹蝕、防腐涂裝的質(zhì)量，縮短彎管防銹蝕、防腐涂裝時間。本發(fā)明的另一個目是提供一種經(jīng)濟型工業(yè)機器人和彎管外防腐涂裝方法。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的由機體底座、主軸電機、減速器、主軸承座、可傾式夾盤、可調(diào)式尾座、電氣控制箱、工具箱、工業(yè)機器人一起組成彎管外防腐涂裝機。其中，一個可傾式夾盤安裝在主軸承主軸上，另一個可傾式夾盤安裝在可調(diào)式尾座主軸上。按照彎管的彎曲半徑調(diào)整兩個可傾式夾盤的傾斜角度，使彎管的兩個端管口以一定的角度夾持在兩個可傾式夾盤之間。主軸電機經(jīng)減速器連接主軸承主軸驅(qū)動彎管旋轉(zhuǎn)，采用這種旋轉(zhuǎn)方式，彎管在空間的運動，規(guī)劃為橢圓拋物面軌跡。由于彎管在空間的運動軌跡可知，可建立橢圓拋物面運動方程，使涂裝執(zhí)行器按建立的運動方程運動，涂裝執(zhí)行器將跟蹤彎管的運動，涂裝執(zhí)行器的跟蹤由工業(yè)機器人完成。工業(yè)機器人安裝在垂直于主軸承主軸與可調(diào)式尾座主軸連線的軸線上，離主軸承主軸與可調(diào)式尾座主軸連線有一定的距離。工業(yè)機器人和控制電源安裝在可作180度擺動的轉(zhuǎn)盤上，將涂裝設(shè)備放置在擺動轉(zhuǎn)盤上，涂裝物質(zhì)輸送軟管經(jīng)工業(yè)機器人大臂、小臂引導(dǎo)到手部，涂裝執(zhí)行器安裝在工業(yè)機器人手部，隨手部牽引放置到彎管上。對彎管橢圓拋物面運動方程求解，用求解的數(shù)值控制彎管轉(zhuǎn)動，與工業(yè)機器人相互配合，協(xié)調(diào)運動。隨著彎管以勻速旋轉(zhuǎn)(速度由導(dǎo)程決定)，工業(yè)機器人以均速轉(zhuǎn)動(速度由導(dǎo)程決定)，使工業(yè)機器人手部從主軸上可傾式夾盤端開始，向尾座可傾式夾盤方向移動；同時工業(yè)機器人的大臂、小臂、手部跟隨彎管在空間的橢圓拋物面軌跡運動，保持涂裝執(zhí)行器跟隨彎管的旋轉(zhuǎn)而緊靠彎管，將涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞到彎管上。
采用上述技術(shù)方案，實現(xiàn)了以機械化方式對彎管外防腐的涂裝，既減輕了生產(chǎn)工人勞動強度，增加了防腐涂裝安全性，提高了彎管防銹蝕、防腐處理的質(zhì)量。同時，縮短了彎管防銹蝕處理的施工時間，提高了管道建設(shè)速度。
以下結(jié)合附圖對采用本發(fā)明的實施例進行具體描述，其中

圖1是采用本發(fā)明的彎管外防腐涂裝機主視圖，圖2是彎管外防腐涂裝機左視圖。
圖1中標(biāo)號1為工字鋼底座、2為工具箱、3為可調(diào)式尾座、4為可傾式夾盤、5為彎管、6為工業(yè)機器人機身、7為擺動電機、8為工業(yè)機器人、9為導(dǎo)軌、10夾盤、11為球鉸螺栓、12為夾盤座、13為主軸承、14為聯(lián)軸器、15為減速器、16為主軸電機、17為電氣控制箱。
圖2中20為可傾式夾盤、21為調(diào)整手輪、22為可調(diào)式尾座、23為彎管、24為工業(yè)機器人手部、25為工業(yè)機器人小臂、26為滾輪、27為工業(yè)機器人大臂、28為工業(yè)機器人肩部、29為工業(yè)機器人機身、30為擺動電機。
具體實施例方式
圖1所示的彎管外防腐涂裝機，以金屬焊接方法制造機體底座，在底座的一端加工安裝電氣控制箱的螺母孔，另一端加工安裝工具箱框架的螺母孔。電氣控制箱的上平面加工安裝主軸電機、減速器、主軸承座的螺母孔。工具箱的上平面加工安裝可調(diào)式尾座的螺母孔。主軸電機、減速器、主軸承座依次安裝在電氣控制箱上，主軸電機軸與減速器輸入軸連接，減速器輸出軸安裝橈性聯(lián)軸器，主軸承軸的一端安裝橈性聯(lián)軸器與減速器輸出軸連接，另一端安裝可傾式夾盤?？烧{(diào)式尾座安裝在工具箱上，可調(diào)式尾座可用調(diào)整螺栓調(diào)整安裝位置，另一個可傾式夾盤安裝在可調(diào)式尾座的主軸上。其中主軸電機、擺動電機、減速器、主軸承、可調(diào)式尾座選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的元件。主軸電機、擺動電機采用調(diào)速電機。也可選用擺線針輪行星減速器與調(diào)速電機同軸裝配在一起的擺線針輪減速機直接使用。
機體底座由工字鋼型鋼、加強筋板組成，工字鋼型鋼、加強筋板焊接成矩形框架。工字鋼矩形框架的一端加工安裝電氣控制箱框架的螺母孔，一端加工安裝工具箱的螺母孔。
電氣控制箱由槽鋼型截面型鋼、加強筋板組成。槽鋼型鋼、加強筋板焊接成槽鋼矩形框架，矩形框架的一個短平面上加工安裝園孔，另一個短平面上加工安裝主軸電機、減速器、主軸承座的螺母孔。
工具箱由槽鋼型截面型鋼、加強筋板組成。槽鋼型鋼、加強筋板焊接成槽鋼矩形框架，矩形框架的一個短平面上加工安裝園孔，另一個短平面上加工安裝可調(diào)式尾座的螺母孔。
可傾式夾盤由夾盤、夾盤座、角度調(diào)整器組成。
夾盤為圓盤形，用中厚鋼板制作。在一個盤面上加工有多道同心圓溝槽，溝槽的外徑等于彎管的外徑，溝槽的寬度等于彎管的最大壁厚。盤面的四個對稱位置加工有凸形槽，凸形夾塊嵌入在凸形槽內(nèi)。凸形夾塊的凸形部位加工有梯形螺母，梯形螺栓從夾盤的圓柱面裝入，和梯形螺母旋合。梯形螺栓的一端在夾盤中心通過平面推力軸承固定，另一端在夾盤的圓柱面上固定。夾盤的另一面安裝有兩個鉸鏈支座，鉸鏈支座上加工有固定螺母孔。夾盤與夾盤座采用鉸鏈連接。
夾盤座為槽形結(jié)構(gòu)，用中厚鋼板制作。兩槽形面為半梯形，前端加工有鉸鏈孔，鉸鏈孔附近加工有固定螺母孔，前端下部加工有安裝調(diào)整螺母的鉸鏈孔。與兩槽形面垂直的平面為圓板形，加工有安裝到主軸上和可調(diào)式尾座上的圓孔。
角度調(diào)整器由球鉸支座、球鉸螺栓、調(diào)整螺母組成。球鉸支座分為球座和球蓋，球座安裝在夾盤的一個面上(有鉸鏈支座)。球鉸螺栓裝入球座后，球蓋用螺栓緊固。調(diào)整螺母外圓面的兩個對稱位置加工成旋轉(zhuǎn)軸，安裝在夾盤座兩槽形面的下部。
由夾盤、夾盤座、角度調(diào)整器裝配成可傾式夾盤。一個可傾式夾盤座與主軸采用過渡配合連接，另一個可傾式夾盤座采用雙列球面軸承與可調(diào)式尾座主軸連接。根據(jù)彎管的彎曲半徑，調(diào)整球鉸螺栓，可使可傾式夾盤的傾斜角度改變，以適應(yīng)彎管的彎曲半徑。
圖2所示的工業(yè)機器人由機身、關(guān)節(jié)型手臂、機器人控制器組成機身由擺動轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)軌、滾輪、加強筋板組成。
導(dǎo)軌采用槽鋼，加強筋板制作，焊接成矩形框架，矩形框架的后端安裝擺動電機支架。為適應(yīng)不同彎曲半徑的彎管防腐涂裝，導(dǎo)軌與工字鋼機體底座的連接位置可調(diào)整，使導(dǎo)軌可沿縱軸線方向移動。
擺動轉(zhuǎn)盤由轉(zhuǎn)盤柱體、齒輪圈、立軸、雙列推力軸承、支架板組成。立軸用螺栓安裝在滑動底板上。雙列推力軸承內(nèi)環(huán)安裝在立軸上，轉(zhuǎn)盤柱體內(nèi)嵌推力軸承外環(huán)，裝入立軸后用螺栓鎖緊。轉(zhuǎn)盤柱體的下端安裝齒輪圈與擺動電機輸出齒輪嚙合。
主軸電機和擺動電機的調(diào)速原理如《電機原理及應(yīng)用 》、《電動機調(diào)速的原理及系統(tǒng)》文中所述，參照調(diào)速電機說明書，本專業(yè)的技術(shù)人員對此已相當(dāng)熟悉，不再贅述，僅對主軸電機和擺動電機的控制作說明。主軸電機和擺動電機由生產(chǎn)廠家配套的電氣控制主回路，可安裝在電氣控制箱內(nèi)。機器人控制器輸出的經(jīng)光電隔離、放大后的開關(guān)信號，經(jīng)電纜引入到電氣控制箱內(nèi)，作電氣控制主回路的控制(二次)回路。機器人控制器輸出控制信號后可啟動主軸電機和擺動電機轉(zhuǎn)動，或停止主軸電機和擺動電機轉(zhuǎn)動。
圖2所示的工業(yè)機器人由肩部、大臂、小臂、手部、機器人控制器組成。肩部和大臂之間由肩關(guān)節(jié)軸鉸鏈，大臂與小臂之間由肘關(guān)節(jié)軸鉸鏈，小臂與手部之間由腕關(guān)節(jié)軸鉸鏈。肩部、大臂、小臂為模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的需要，選擇各規(guī)格模塊方便地換裝。機器人控制器安裝在肩部內(nèi)，控制信號通過電纜連接到肩部、大臂、小臂、手部的電氣驅(qū)動系統(tǒng)。輸送涂裝物質(zhì)的軟管可隱藏在大臂、小臂引導(dǎo)到手部。
圖2所示的手部由手腕步進電機、傳動螺桿、傳動螺母、連接片、導(dǎo)向環(huán)、動環(huán)、止環(huán)、導(dǎo)環(huán)、箱體組成。傳動螺母的外圓周上，對稱地加工了兩個平面，每一個平面上加工了兩個鉸鏈孔。在與該平面垂直的外圓周位置上，對稱地加工了兩個導(dǎo)向鍵槽。動環(huán)的內(nèi)圓周上對稱地加工了兩個導(dǎo)向鍵槽。傳動螺母旋入傳動螺桿，套裝在動環(huán)里，通過滑動鍵滑動連接，動環(huán)又套裝在導(dǎo)向環(huán)里，導(dǎo)環(huán)套裝在止環(huán)里，導(dǎo)向環(huán)和止環(huán)同軸裝配在箱體上。具有兩個自由度由手腕步進電機通過與傳動螺桿聯(lián)接，經(jīng)傳動螺母，和與傳動螺母鉸鏈的連接片聯(lián)接，操作連接片作往復(fù)運動；手腕步進電機通過與傳動螺桿聯(lián)接，在傳動螺桿與傳動螺母旋緊的狀態(tài)下，由導(dǎo)向環(huán)、動環(huán)支承傳動螺母并導(dǎo)向、止環(huán)支承導(dǎo)環(huán)并導(dǎo)向，操作導(dǎo)環(huán)作微小旋轉(zhuǎn)。
圖2所述的肩部由機械臂體、電氣臂體，支承柱、螺栓、防護罩裝配成。機械臂體是減速器的箱體，內(nèi)裝減速齒輪組，各級齒輪軸處安裝向心球軸承，減速齒輪組的末級輸出軸是肩關(guān)節(jié)軸。肩部步進電機安裝在箱體上，步進電機輸出軸安裝的齒輪與一級減速齒輪嚙合。電氣臂體內(nèi)安裝功率驅(qū)動單元電路模塊，光電藕合檢測器。機械臂體、電氣臂體通過支承柱、螺栓連接為一體。末級減速齒輪軸的一端插入電氣臂體后，安裝檢測圓盤與光電藕合檢測器配合，檢測肩關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度。防護罩裝在機械臂體、電氣臂體連接處構(gòu)成機電一體模塊。
圖2所述的大臂由機械臂體、電氣臂體，支承柱、螺栓、防護罩裝配成。機械臂體是減速器的箱體，內(nèi)裝減速齒輪組，各級齒輪軸處安裝向心球軸承，減速齒輪組的末級輸出軸是肘關(guān)節(jié)軸。大臂步進電機安裝在箱體上，步進電機輸出軸安裝的齒輪與一級減速齒輪嚙合。電氣臂體內(nèi)安裝功率驅(qū)動單元電路模塊，光電藕合檢測器。機械臂體、電氣臂體通過支承柱、螺栓連接為一體。末級減速齒輪軸的一端插入電氣臂體后，安裝檢測圓盤與光電藕合檢測器配合，檢測關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度。防護罩裝在機械臂體、電氣臂體連接處構(gòu)成機電一體模塊。
圖2所述的小臂由機械臂體、電氣臂體，支承柱、螺栓、防護罩裝配成。機械臂體是減速器的箱體，內(nèi)裝減速齒輪組，各級齒輪軸處安裝向心球軸承，減速齒輪組的末級輸出軸是腕關(guān)節(jié)軸。小臂步進電機安裝在箱體上，步進電機輸出軸安裝的齒輪與一級減速齒輪嚙合。電氣臂體內(nèi)安裝功率驅(qū)動單元電路模塊，光電藕合檢測器。機械臂體、電氣臂體通過支承柱、螺栓連接為一體。末級減速齒輪軸的一端插入電氣臂體后，安裝檢測圓盤與光電藕合檢測器配合，檢測關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度。防護罩裝在機械臂體、電氣臂體連接處構(gòu)成機電一體模塊。
機器人控制器由單片機系統(tǒng)、輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動電路組成。實施例中，單片機系統(tǒng)的單片機芯片選用8031，輸入輸出接口芯片選用8255，地址鎖存器選用74LS373，地址譯碼器選用74LS138，程序存貯器選用2764。輸入接口電路四組，每一組均由光電藕合隔離4N25、TOP12，輸入插口組成。輸出功率驅(qū)動電路四組，以一組為例，光電隔離選用兩只4N25，集成驅(qū)動選用74LS06、74LS07，功率放大管選用四只達林頓管，電源開關(guān)控制管選用達林頓管，輸出插口選用單列六腳插座。為了縮小機器人控制器的體積，只設(shè)置兩只指示燈，一只接入單片機系統(tǒng)；一只接入輸出功率驅(qū)動。只設(shè)置啟動、停止按鈕控制機器人控制器。單片機系統(tǒng)和兩組開關(guān)控制電路單獨制作電路板，裝配成機器人控制器安裝在工業(yè)機器人的肩部內(nèi)。四組光電檢測器的輸入接口電路單獨制作電路板，四組步進電機的輸出功率驅(qū)動電路，都分別單獨制作單元電路板。輸入接口電路板、輸出功率驅(qū)動電路板分別安裝在工業(yè)機器人肩部、大臂、小臂的電氣臂體內(nèi)，構(gòu)成機電一體模塊。
機器人控制器硬件的制作如《MCS-51/96系列單片微型計算機及其應(yīng)用》、《單片機原理及制作》、《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實踐 》文中所述。在選定單片機芯片、輸入輸出接口芯片、地址鎖存器、地址譯碼器、程序存貯器后。地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、片選信號可按規(guī)定連接，其具體方法，本專業(yè)的技術(shù)人員對此已相當(dāng)熟悉，不再贅述。僅對輸入輸出接口8255的地址分配，和輸出功率驅(qū)動單元電路板作說明。8255的每一路輸入、輸出端口均經(jīng)光電藕合隔離與外圍電路連接。PB0、PB1口接肩部步進電機，PB2、PB3口接大臂步進電機，PB4、PB5口接小臂步進電機，PB6、PB7口接手腕步進電機。PC0口接入肩部步進電機驅(qū)動電源回路，作開關(guān)控制；PC1口接入大臂步進電機，小臂步進電機的驅(qū)動電源回路，作開關(guān)控制；PC2口開關(guān)控制接入擺動電機開關(guān)，PC3口開關(guān)控制接入主軸電機開關(guān)。PC4口接入肩部光電藕合檢測器，PC5口接入大臂光電藕合檢測器，PC6口接入小臂光電藕合檢測器，分別檢測各關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度。輸出功率驅(qū)動單元電路板，都具有相同的結(jié)構(gòu)。以控制肩部步進電機為例8255的PB0口輸出的信號接光電藕合4N25，經(jīng)隔離后的信號接集成驅(qū)動74LS06的一個單元和74LS07的一個單元。PB1口輸出的信號接另一只光電藕合4N25，經(jīng)隔離后的信號接集成驅(qū)動74LS06的另一個單元和74LS07的另一個單元。四個單元的輸出信號分別推動四只功率達林頓管，放大后的電流直接驅(qū)動肩部步進電機轉(zhuǎn)動。PC0口輸出的信號接光電藕合4N25，經(jīng)隔離后的信號接輸出接集成驅(qū)動74LS06的一個單元，其輸出信號推動開關(guān)控制達林頓管，控制肩部步進電機接入高電壓。
機器人控制器電源包括一組12V高性能蓄電池，一組32V高性能蓄電池。
在另一個實施例中，單片機芯片采用89C51。89C51的的每一路輸入、輸出端口均經(jīng)光電藕合隔離與外圍電路連接，輸出功率驅(qū)動單元電路采用步進驅(qū)動器。單片機的P1.0、P1.1口接肩部步進驅(qū)動器連接步進電機，P1.2、P1.3口接大臂步進驅(qū)動器連接步進電機，P1.4、P1.5口接小臂步進驅(qū)動器連接步進電機，P1.6、P1.7口接手腕步進驅(qū)動器連接手腕步進電機。
控制方案是基于單片機的全軟件控制方式。由固化的控制程序控制，機器人控制器具有兩種功能作可編程控制器對生產(chǎn)過程作順序控制，依次對主軸電機、擺動電機、工業(yè)機器人作順序控制；在各個工序中，對執(zhí)行元件作小信號輸出控制，作步進電機的加、減速、換相、相序分配、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。機器人控制器還具有另一種功能輸入信號經(jīng)輸入接口電路輸入單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)輸出的控制信號，經(jīng)輸出功率驅(qū)動電路驅(qū)動步進電機；或經(jīng)開關(guān)控制輸出電路直接控制主軸電機、擺動電機。使彎管轉(zhuǎn)動、工業(yè)機器人運動，相互配合，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，按彎管防腐涂裝作業(yè)工藝，進行彎管外防腐涂裝生產(chǎn)作業(yè)。
工業(yè)機器人跟蹤彎管在空間的橢圓拋物面運動軌跡，其控制程序的開發(fā)方式，采用如《工業(yè)機器人》、《機器人控制技術(shù)》、《微型計算機控制基礎(chǔ)》文中所述原理，采用離線方式開發(fā)。其步驟是1、在微型計算機上，根據(jù)工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)建立工業(yè)機器人數(shù)學(xué)模型；2、在微型計算機上，根據(jù)彎管所作橢圓拋物面運動軌跡，建立橢圓拋物面運動方程；3、在微型計算機上，編寫程序求解彎管橢圓拋物面運動方程，對工業(yè)機器人各個關(guān)節(jié)軸求逆解；4、在微型計算機上，用求解的數(shù)值，以圖形方式動態(tài)仿真彎管的橢圓拋物面運動軌跡，和工業(yè)機器人跟蹤橢圓拋物面的運動。
待圖形動態(tài)仿真彎管橢圓拋物面運動正確后，依照仿真、計算的數(shù)據(jù)，和彎管防腐涂裝工藝要求，編寫控制程序。
1、機器人控制器上電復(fù)位、初始化；2、工業(yè)機器人自檢復(fù)位；3、啟動主軸電機；4、啟動擺動電機；5、啟動工業(yè)機器人跟蹤彎管橢圓拋物面運動；6、工業(yè)機器人的肩部、大臂、小臂、手部相互配合、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，使涂裝執(zhí)行器跟蹤彎管橢圓拋物面運動軌跡；7、停止工業(yè)機器人跟蹤彎管橢圓拋物面運動；8、停止擺動電機；9、停止主軸電機；10、關(guān)閉機器人控制器電源。
在微型計算機上，交叉匯編控制程序，匯編后的控制程序，通過微型計算機的通訊接口輸入到單片機開發(fā)器，單片機開發(fā)器連接輸入接口與輸出功率驅(qū)動電路，對彎管外防腐涂裝機進行實際調(diào)試，調(diào)試正確的控制程序，固化在機器人控制器內(nèi)，完成彎管外防腐涂裝控制軟件的開發(fā)。防腐涂裝生產(chǎn)作業(yè)工藝作改進后，可修改防腐涂裝控制程序，經(jīng)匯編、調(diào)試正確后，重新固化在機器人控制器內(nèi)，完成彎管外防腐涂裝控制軟件的再次開發(fā)。
彎管外防腐涂裝機生產(chǎn)作業(yè)時，先根據(jù)彎管的彎曲半徑，調(diào)整前、后可傾式夾盤，使可傾式夾盤的傾斜角度改變，以適應(yīng)彎管的彎曲半徑。彎管的兩個管口分別放入前、后可傾式夾盤面的槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動梯形螺栓，凸型夾塊在彎管內(nèi)壁壓緊彎管管口。調(diào)整完成后，用緊固螺栓固定夾盤在夾盤座上。同時，球鉸螺栓用雙螺母緊固，使彎管穩(wěn)定地夾持在前、后可傾式夾盤之間。由機器人控制器固化的控制程序控制，依次控制主軸電機，使彎管作低速旋轉(zhuǎn)；同時，控制擺動電機，工業(yè)機器人作低速轉(zhuǎn)動，使工業(yè)機器人從彎管的一端緩慢地向另一端轉(zhuǎn)動；控制工業(yè)機器人，使工業(yè)機器人手部安裝的涂裝執(zhí)行器，跟蹤彎管的橢圓拋物面運動，將涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞(以一定的導(dǎo)程)到彎管上如圖2所示。圖2中彎管在啟動位置時，手部在“A”位置；彎管依箭頭方向旋轉(zhuǎn)到“B”位置時，手部跟蹤到“B”位置；彎管依箭頭方向旋轉(zhuǎn)到“C”位置時，手部跟蹤到“C”位置；彎管依箭頭方向旋轉(zhuǎn)到“D”位置時，手部跟蹤到“D”位置，手部始終緊靠在彎管的外表面?！癆”點相對于彎管的位置從啟動時在彎管的右側(cè)，依次變?yōu)樵趶澒艿纳喜?，左?cè)、下部、又回到右側(cè)，表示彎管旋轉(zhuǎn)了一周，防腐物質(zhì)涂裝了一周。依此方式連續(xù)涂裝，實現(xiàn)彎管防腐涂裝機械化。圖2中雙點劃線是彎管在空間旋轉(zhuǎn)的圖形，和工業(yè)機器人手部跟蹤的圖形。
以上所述的僅是采用本發(fā)明原理，實現(xiàn)彎管防腐涂裝作業(yè)機械化的優(yōu)化實施例。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變型和改進，以至開發(fā)出其它的產(chǎn)品，也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)濟型工業(yè)機器人，包括機身、肩部、大臂、小臂、手部，其特征是具有機器人控制器，肩部、大臂、小臂為模塊結(jié)構(gòu)，肩部和大臂之間由肩關(guān)節(jié)軸鉸鏈，大臂與小臂之間由肘關(guān)節(jié)軸鉸鏈，小臂與手部之間由腕關(guān)節(jié)軸鉸鏈，機器人控制器安裝在肩部內(nèi)，控制信號通過電纜連接到肩部、大臂、小臂、手部的電氣驅(qū)動系統(tǒng)，在機器人控制器固化的控制軟件控制下，肩部的步進電機驅(qū)動肩關(guān)節(jié)軸、大臂的步進電機驅(qū)動肘關(guān)節(jié)軸、小臂的步進電機驅(qū)動腕關(guān)節(jié)軸，相互配合、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)模仿人手和手臂的動作，按生產(chǎn)作業(yè)運動軌跡運動。
2.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟型工業(yè)機器人，其特征是肩部、大臂、小臂具有相同的機械和電氣結(jié)構(gòu)，由機械臂體、電氣臂體，支承柱、螺栓、防護罩組成，機械臂體是減速器的箱體，內(nèi)裝減速齒輪組，各級齒輪軸處安裝向心球軸承，減速齒輪組的末級輸出軸是關(guān)節(jié)軸，步進電機安裝在箱體上，步進電機輸出軸的齒輪與一級減速齒輪嚙合，電氣臂體內(nèi)安裝功率驅(qū)動單元電路模塊，光電藕合檢測器，機械臂體、電氣臂體通過支承柱、螺栓連接為一體，末級減速齒輪軸的一端插入電氣臂體后，安裝檢測圓盤與光電藕合檢測器配合，檢測關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動角度，防護罩裝在機械臂體、電氣臂體連接處構(gòu)成機電一體模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟型工業(yè)機器人，其特征是機身由轉(zhuǎn)盤柱體、齒輪圈、立軸、雙列推力軸承、支架板組成，立軸用螺栓安裝在底板上，雙列推力軸承內(nèi)環(huán)安裝在立軸上，轉(zhuǎn)盤柱體內(nèi)嵌推力軸承外環(huán)，裝入立軸后用螺栓鎖緊，轉(zhuǎn)盤柱體的下端安裝齒輪圈與擺動電機輸出齒輪嚙合。
4.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟型工業(yè)機器人，其特征是機器人控制器由單片機系統(tǒng)、輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動電路組成，固化了控制軟件；由固化的控制軟件控制，作可編程控制器對生產(chǎn)作業(yè)過程作順序控制，對電氣執(zhí)行元件作小信號輸出控制；還具有另一種功能輸入信號經(jīng)輸入接口電路輸入單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)輸出的控制信號，經(jīng)輸出功率驅(qū)動電路直接驅(qū)動各執(zhí)行元件；單片機系統(tǒng)、開關(guān)控制電路制作在主電路板上；光電藕合檢測器的輸入接口電路、步進電機的輸出功率驅(qū)動電路，分別單獨制作單元模塊電路板，安裝在電氣執(zhí)行元件處；單片機系統(tǒng)、開關(guān)控制電路通過光電隔離經(jīng)電纜和輸入、輸出接口單元模塊電路板連接。
5.如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟型工業(yè)機器人，其特征是控制電源中電壓為12V的蓄電池通過電纜和單片機系統(tǒng)連接，電壓32V的蓄電池通過另一電纜和輸入接口與輸出功率驅(qū)動電路連接，將單片機系統(tǒng)和輸入接口與輸出功率驅(qū)動電路在電路上分離開。
6.一種彎管外防腐涂裝機，包括機體底座、主軸電機、減速器、主軸承座、可調(diào)式尾座、電氣控制箱、工具箱，其特征是具有可傾式夾盤和如權(quán)利要求1所述的經(jīng)濟型工業(yè)機器人；電氣控制箱、工具箱安裝在機體底座上，電氣控制箱上安裝主軸電機、減速器、主軸承座，主軸電機軸與減速器輸入軸連接，減速器輸出軸安裝橈性聯(lián)軸器，主軸承軸的一端安裝橈性聯(lián)軸器與減速器輸出軸連接，另一端安裝可傾式夾盤，工具箱上安裝可調(diào)式尾座，可調(diào)式尾座可用調(diào)整螺栓調(diào)整安裝位置，另一個可傾式夾盤安裝在可調(diào)式尾座的主軸上；經(jīng)濟型工業(yè)機器人安裝在距兩可傾式夾盤中心連接線一定距離，垂直于兩可傾式夾盤中心連接線的軸線上，涂裝設(shè)備放置在擺動轉(zhuǎn)盤上，輸送涂裝物質(zhì)的軟管經(jīng)經(jīng)濟型工業(yè)機器人大臂、小臂引導(dǎo)到手部，涂裝執(zhí)行器安裝在經(jīng)濟型工業(yè)機器人手部，隨手部牽引放置到彎管上；彎管防腐涂裝作業(yè)時，調(diào)整可傾式夾盤傾斜角度，將彎管的兩個管口分別放入可傾式夾盤面的槽內(nèi)夾持，轉(zhuǎn)動梯形螺栓，凸型夾塊在彎管內(nèi)壁壓緊彎管管口，使彎管穩(wěn)定地夾持在前、后可傾式夾盤之間；由機器人控制器固化的防腐涂裝控制程序控制，控制主軸電機，使彎管作低速旋轉(zhuǎn)；同時控制經(jīng)濟型工業(yè)機器人作低速轉(zhuǎn)動，使經(jīng)濟型工業(yè)機器人從彎管的一端緩慢地向另一端轉(zhuǎn)動；控制經(jīng)濟型工業(yè)機器人手部安裝的涂裝執(zhí)行器跟蹤彎管的橢圓拋物面運動，將涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞到彎管上。
7.如權(quán)利要求1所述的彎管外防腐涂裝機，其特征是可傾式夾盤由夾盤、夾盤座、角度調(diào)整器組成，夾盤為圓盤形，盤面上加工有多道同心圓溝槽，溝槽的外徑等于彎管的外徑，溝槽的寬度等于彎管的最大壁厚，盤面的四個對稱位置加工有凸形槽，凸形夾塊嵌入在凸形槽內(nèi)，凸形夾塊的凸形部位加工有梯形螺母，梯形螺栓從夾盤的圓柱面裝入，和梯形螺母旋合，梯形螺栓的一端在夾盤中心通過平面推力軸承固定，另一端在夾盤的圓柱面上固定，夾盤的另一個面安裝有兩個鉸鏈支座，鉸鏈支座上加工有固定螺母孔。
8.如權(quán)利要求1所述的彎管外防腐涂裝機，其特征是夾盤座為槽形結(jié)構(gòu)，兩槽形面為半梯形，前端加工有鉸鏈孔，鉸鏈孔附近加工有固定螺母孔，前端下部加工有安裝調(diào)整螺母的鉸鏈孔，與兩槽形面垂直的平面為圓板形，加工有安裝到主軸上和可調(diào)式尾座上的圓孔。
9.如權(quán)利要求1所述的彎管外防腐涂裝機，其特征是角度調(diào)整器由球鉸支座、球鉸螺栓、調(diào)整螺母組成，球鉸支座分為球座和球蓋，球鉸螺栓裝入球座后球蓋用螺栓緊固，調(diào)整螺母外圓的兩個對稱位置加工成旋轉(zhuǎn)軸，安裝在夾盤座兩槽形面的下部。
10.一種彎管外防腐涂裝的方法，其特征是A、用可傾式夾盤夾持彎管的兩個管口，主軸電機驅(qū)動可傾式夾盤繞平行于兩管口中心連線的軸線旋轉(zhuǎn)，將彎管在空間的運動軌跡規(guī)劃為橢圓拋物面；B、防腐涂裝設(shè)備放置在擺動轉(zhuǎn)盤上，涂裝物質(zhì)輸送軟管經(jīng)經(jīng)濟型工業(yè)機器人大臂、小臂引導(dǎo)到手部，涂裝執(zhí)行器安裝在經(jīng)濟型工業(yè)機器人手部，隨手部牽引放置到彎管上；C、在微型計算機上，根據(jù)經(jīng)濟型工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)和彎管橢圓拋物面運動軌跡，建立數(shù)學(xué)模型；D、在微型計算機上，編寫程序?qū)澒菣E圓拋物面運動方程求解，計算經(jīng)濟型工業(yè)機器人各個關(guān)節(jié)軸相應(yīng)的角度運動數(shù)據(jù)，動態(tài)仿真經(jīng)濟型工業(yè)機器人跟蹤彎管橢圓拋物面運動軌跡；E、在微型計算機上，依照動態(tài)仿真和計算的數(shù)據(jù)，以及彎管防腐涂裝工藝要求，編寫防腐涂裝控制程序；F、在微型計算機上，交叉匯編防腐涂裝控制程序；G、在微型計算機上，通過通訊接口，將匯編后的控制程序，輸入到單片機開發(fā)器；H、單片機開發(fā)器連接輸入接口與輸出功率驅(qū)動電路，實際調(diào)試防腐涂裝控制程序；I、在微型計算機上，將調(diào)試正確的防腐涂裝控制程序，固化在機器人控制器內(nèi)。J、由機器人控制器控制彎管以勻速旋轉(zhuǎn)；同時控制經(jīng)濟型工業(yè)機器人以均速轉(zhuǎn)動，使經(jīng)濟型工業(yè)機器人手部從主軸上可傾式夾盤端開始，向尾座可傾式夾盤方向移動；控制經(jīng)濟型工業(yè)機器人的大臂、小臂、手部跟隨彎管在空間的橢圓拋物面軌跡運動，保持涂裝執(zhí)行器跟隨彎管的旋轉(zhuǎn)而緊靠彎管，將涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞到彎管上。
全文摘要
一種對鋼質(zhì)彎管外表面噴涂防腐或纏繞防腐的彎管外防腐涂裝機，由機體底座、主軸電機、減速器、主軸承座、可傾式夾盤、可調(diào)式尾座、工業(yè)機器人組成。彎管的兩個端管口以一定的角度夾持在兩個可傾式夾盤之間，主軸電機驅(qū)動彎管旋轉(zhuǎn)，將彎管在空間的運動規(guī)劃為橢圓拋物面軌跡。涂裝物質(zhì)輸送軟管經(jīng)工業(yè)機器人大臂、小臂引導(dǎo)到手部，隨手部牽引放置到彎管上。隨著彎管的旋轉(zhuǎn)，工業(yè)機器人跟隨彎管的旋轉(zhuǎn)而緊靠彎管，將涂裝物質(zhì)噴涂或纏繞到彎管上。
文檔編號B25J9/06GK1506197SQ0212800
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者陳炯, 陳 炯 申請人:陳炯, 陳 炯