本發(fā)明涉及噴砂工藝處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于天車平臺的智能噴砂機(jī)器人。

背景技術(shù)：

噴砂是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把丸、砂拋擲出去，高速撞擊零件表面，達(dá)到表面處理要求。噴砂房又叫噴丸房、打砂房，適應(yīng)于一些大型工件表面清理、除銹，增加工件與涂層之間的附著力等效果，噴砂房根據(jù)磨料的回收方式噴丸房分為：機(jī)械回收式噴丸房和人工回收式噴丸房。目前國內(nèi)多數(shù)采用人工回收噴砂房，原因是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，制作簡單、方便，用材簡易，大大的減少了噴砂房的造價成本。但對于復(fù)雜的工件人工實(shí)現(xiàn)顯得困難，效率低；所以一種可拋噴各種工件的具有噴嘴機(jī)械手的機(jī)器人是大勢所趨。

國內(nèi)拋噴丸設(shè)備技術(shù)水平較低，總體達(dá)到國外上世紀(jì)80年代初期到中期水平。存在的問題是：可靠性差，故障率高；能耗高；作業(yè)環(huán)境差，環(huán)境污染嚴(yán)重；操作者素質(zhì)和技能比較差，存在安全隱患；設(shè)備控制水平較低，自動化水平較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具備優(yōu)異的運(yùn)動能力，能夠智能噴砂清理各種工件包括復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件表面的機(jī)器人，其移動空間可以覆蓋整個噴砂清理室，可以通過示教模式對機(jī)器人進(jìn)行編程或者采用人工控制方式對各種工件進(jìn)行噴砂清理；它甚至可以通過車窗或其它孔洞進(jìn)入軌道機(jī)車內(nèi)部，清理其內(nèi)部表面，應(yīng)用范圍從各種鑄件、大型鋼件到軌道機(jī)車車輛。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于天車平臺的智能噴砂機(jī)器人，包括噴砂設(shè)備、工件放置臺和天車平臺，天車平臺可以實(shí)現(xiàn)兩個垂直方向上的移動，其特征在于，還包括人工操作臺、系統(tǒng)控制柜、機(jī)器手臂，所述的人工操作臺設(shè)置有帶功能按鈕的手柄以及觸摸屏，通過手柄來模擬人的操作讓機(jī)器獲知噴頭軌跡和運(yùn)行速度，通過觸摸屏設(shè)置拋噴力度；所述的系統(tǒng)控制柜與人工操作臺、機(jī)器手臂、天車平臺、噴砂設(shè)備電連接并共同組成控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)，微機(jī)控制系統(tǒng)用來記錄和分析噴砂處理的過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)噴查處理的全過程控制，電氣控制柜通過電機(jī)與各個模塊或部件電連接，控制各個模塊或部件的運(yùn)動；機(jī)器手臂設(shè)置在天車平臺上，設(shè)置有至少6個轉(zhuǎn)軸或關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)縱向、橫向和垂直方向移動，還設(shè)置至少一個噴嘴，噴嘴與噴砂設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)噴砂。

優(yōu)選的，所述的天車平臺包括第一支架、第二支架和第三支架，第一支架和第二支架平行設(shè)置，第三支架垂直卡合在第一支架和第二支架之間，且第三支架能夠沿著第一支架和第二支架自由滑動。

進(jìn)一步的，所述的機(jī)器手臂包括噴嘴、第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第五關(guān)節(jié)、第六關(guān)節(jié)和滑動塊，所述的滑動塊能夠沿著第三支架自由滑動，滑動塊下端固接連接套筒上端，所述第六關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)均為套筒結(jié)構(gòu)，第六關(guān)節(jié)能夠在連接套筒內(nèi)壁上自由滑動，第五關(guān)節(jié)上端能夠在第六關(guān)節(jié)內(nèi)壁上自由滑動；第五關(guān)節(jié)下端通過活動軸與第四關(guān)節(jié)連接，第四關(guān)節(jié)下端通過活動軸與第三關(guān)節(jié)連接；第三關(guān)節(jié)下端通過轉(zhuǎn)向臺與第二關(guān)節(jié)連接，第二關(guān)節(jié)上端通過旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)向臺下端活動連接，且第二關(guān)節(jié)沿旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)；第二關(guān)節(jié)下端與第一關(guān)節(jié)固接，第一關(guān)節(jié)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，且所述轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，所述轉(zhuǎn)軸能夠360度旋轉(zhuǎn)；所述噴嘴固定在轉(zhuǎn)軸上。

優(yōu)選的，所述的人工操作臺包括觸摸屏和手柄，觸摸屏和手柄分別連接系統(tǒng)控制柜，所述的手柄包括左操控手柄和右操控手柄，左操控手柄上設(shè)有水平定位按鈕和仰角幅度定位按鈕，用來控制水平位置和上下仰角幅度，所述的右操控手柄上設(shè)有起始定位按鈕和縱向定位按鈕，用來設(shè)定起始位置和縱向位置。

進(jìn)一步的，所述的控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制柜、機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、天車步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器模塊、噴砂設(shè)備可編輯控制器、人工操作臺控制模塊，所述的系統(tǒng)控制柜內(nèi)設(shè)有工業(yè)控制計算機(jī)和數(shù)據(jù)接口，所述的機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊包括控制機(jī)器手臂6個關(guān)節(jié)自由度的驅(qū)動電機(jī)以及行程開關(guān)輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器手臂6個關(guān)節(jié)的流或控制；天車步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器模塊包括天車x軸控制模塊、天車y軸控制模塊和天車行程開關(guān)輸入模塊，實(shí)現(xiàn)天車的移動和定位；噴砂設(shè)備可編輯控制器包括拋砂設(shè)備i/o接口、拋噴頭控制模塊、磨料輸送控制模塊、分離器控制模塊、磨料提升控制模塊，實(shí)現(xiàn)噴砂流量流速的控制；人工操作臺控制模塊包括功能按鈕模塊和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)手動操控和參數(shù)設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述的控制系統(tǒng)還包括噴砂房大門控制模塊，噴砂房大門控制模塊與系統(tǒng)控制柜電連接，用來實(shí)現(xiàn)噴砂房的大門的自動開啟和關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述的控制系統(tǒng)還包括聲光模塊，所述聲光模塊包括音頻采集與功放模塊，通過播放預(yù)先錄制的聲音提醒，通知操作人員噴砂處理的進(jìn)度。

進(jìn)一步的，所述的控制系統(tǒng)還包括sim模塊，所述的sim模塊通過預(yù)先設(shè)定聯(lián)系人的手機(jī)號碼，在噴砂處理完成或出現(xiàn)問題時，及時向聯(lián)系人發(fā)送短信，使得聯(lián)系人不在現(xiàn)場時，可以及時得知現(xiàn)場情況。

本發(fā)明的有益效果是：

1、機(jī)器手臂設(shè)計了6個可自由活動的關(guān)節(jié)，具備優(yōu)異的運(yùn)動能力，可同時滿足上下伸縮、水平彎曲、360度角度調(diào)整等一系列動作，可以完全滿足完成復(fù)雜構(gòu)件清理對于三維空間自由度的要求，也可有效防止噴砂路徑的堵塞。

2、多傳感器融合的運(yùn)動規(guī)劃與協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究，結(jié)合人工操作臺的操作，協(xié)調(diào)控制室可以通過示教模式對機(jī)器人進(jìn)行編程或者采用人工控制方式對各種工件進(jìn)行噴砂清理。

3、計算機(jī)仿真軟件可以根據(jù)工件的主要尺寸自動生成相應(yīng)的噴砂清理程序。采用最先進(jìn)的機(jī)器人仿真軟件如abbrobotstudio專業(yè)機(jī)器人仿真設(shè)計軟件，借助虛擬機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行離線編程，到達(dá)設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)而可以采用solidworks進(jìn)行繪圖設(shè)計，對工件表面噴砂的力度、密度用計算機(jī)仿真技術(shù)來模擬實(shí)際工作狀況，為自動噴砂清理模式打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)置示意圖；

圖3是本發(fā)明中機(jī)器手臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明系統(tǒng)控制原理框圖。

圖3中：1第一關(guān)節(jié)，2第二關(guān)節(jié)，3第三關(guān)節(jié)，4第四關(guān)節(jié)，5第五關(guān)節(jié)，6第六關(guān)節(jié)，7滑動塊。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于天車平臺的智能噴砂機(jī)器人，包括噴砂設(shè)備、工件放置臺和天車平臺，天車平臺可以實(shí)現(xiàn)兩個垂直方向上的移動，其特征在于，還包括人工操作臺、系統(tǒng)控制柜、機(jī)器手臂，所述的人工操作臺設(shè)置有帶功能按鈕的手柄以及觸摸屏，通過手柄來模擬人的操作讓機(jī)器獲知噴頭軌跡和運(yùn)行速度，通過觸摸屏設(shè)置拋噴力度；所述的系統(tǒng)控制柜與人工操作臺、機(jī)器手臂、天車平臺、噴砂設(shè)備電連接并共同組成控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)，微機(jī)控制系統(tǒng)用來記錄和分析噴砂處理的過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)噴查處理的全過程控制，電氣控制柜通過電機(jī)與各個模塊或部件電連接，控制各個模塊或部件的運(yùn)動；機(jī)器手臂設(shè)置在天車平臺上，設(shè)置有至少6個轉(zhuǎn)軸或關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)縱向、橫向和垂直方向移動，還設(shè)置至少一個噴嘴，噴嘴與噴砂設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)噴砂。

整個系統(tǒng)的位置平面圖如圖2，天車帶動機(jī)器手臂可以在移動空間xy軸移動，機(jī)器手臂6個關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)滿足拋噴工件拋噴的空間位置自由移動；噴嘴由噴砂設(shè)備控制；整個系統(tǒng)的控制通過控制柜控制，人工操作臺將控制指令傳給控制柜中的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動手動融合控制。

所述的天車平臺包括第一支架、第二支架和第三支架，第一支架和第二支架平行設(shè)置，第三支架垂直卡合在第一支架和第二支架之間，且第三支架能夠沿著第一支架和第二支架自由滑動。天車的原理如同航車類似，xy方向各設(shè)2個限位開關(guān)，用以限位和定位。天車兩方向移動控制電機(jī)采用三相步進(jìn)電機(jī)。

如圖3所示，所述的機(jī)器手臂包括噴嘴、第一關(guān)節(jié)1、第二關(guān)節(jié)2、第三關(guān)節(jié)3、第四關(guān)節(jié)4、第五關(guān)節(jié)5、第六關(guān)節(jié)6和滑動塊7，所述的滑動塊能夠沿著第三支架自由滑動，滑動塊下端固接連接套筒上端，所述第六關(guān)節(jié)和第五關(guān)節(jié)均為套筒結(jié)構(gòu)，第六關(guān)節(jié)能夠在連接套筒內(nèi)壁上自由滑動，第五關(guān)節(jié)上端能夠在第六關(guān)節(jié)內(nèi)壁上自由滑動；第五關(guān)節(jié)下端通過活動軸與第四關(guān)節(jié)連接，第四關(guān)節(jié)下端通過活動軸與第三關(guān)節(jié)連接；第三關(guān)節(jié)下端通過轉(zhuǎn)向臺與第二關(guān)節(jié)連接，第二關(guān)節(jié)上端通過旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)向臺下端活動連接，且第二關(guān)節(jié)沿旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)；第二關(guān)節(jié)下端與第一關(guān)節(jié)固接，第一關(guān)節(jié)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，且所述轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，所述轉(zhuǎn)軸能夠360度旋轉(zhuǎn)；所述噴嘴固定在轉(zhuǎn)軸上。

機(jī)器手臂采用步進(jìn)電機(jī)同精密諧波減速器配合驅(qū)動關(guān)節(jié)運(yùn)動，具有精度高、控制性能好、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。在六自由度手臂的運(yùn)動學(xué)方程基礎(chǔ)上，兼顧天車位置信息形成八自由度，以機(jī)器臂控制的初始前向變量為依據(jù)，建立可參數(shù)化的、非線性的機(jī)器臂旋轉(zhuǎn)、移動維度進(jìn)行機(jī)器人手臂的三維空間定位控制，形成機(jī)器人三維臂八關(guān)節(jié)分解維度控制矩陣。

所述的人工操作臺包括觸摸屏和手柄，觸摸屏和手柄分別連接系統(tǒng)控制柜，所述的手柄包括左操控手柄和右操控手柄，左操控手柄上設(shè)有水平定位按鈕和仰角幅度定位按鈕，用來控制水平位置和上下仰角幅度，所述的右操控手柄上設(shè)有起始定位按鈕和縱向定位按鈕，用來設(shè)定起始位置和縱向位置。

人工操作臺的主要作用為：為了實(shí)現(xiàn)新工件的拋噴軌跡、運(yùn)行速度和拋噴力度，首先需要進(jìn)行軌跡、拋噴運(yùn)行速度、拋噴力度的識別：通過人工操作臺的手柄來模擬人的操作讓機(jī)器獲知噴頭軌跡、運(yùn)行速度和拋噴力度。具體操作如下：

1、操作右手柄使工件的處在開始拋噴恰當(dāng)位置，此時按下右操作手柄的起始位置按鈕，記下此處的位置。調(diào)整右手柄的縱向位置，使噴頭處于工件的中間位置，按下右操作手柄的縱向位置按鈕，記下此位置。慢慢移動右操作手柄，手柄移動的快慢就是噴頭在噴射過程中的運(yùn)行速度，機(jī)器將逐步記下。

2、操作左手柄，通過左手柄調(diào)整噴頭的上下噴射俯角幅度，同時操作左手柄調(diào)整噴頭距離工件的水平距離，使此距離和俯角幅度適合拋噴。分別按下上下俯角幅度的按鈕和水平位置定位按鈕，機(jī)器記下此位置和噴射擺動角度。到此，機(jī)器識別人的操作工作已經(jīng)完成。在操作臺的軟件界面上輸入噴頭的噴射力度。機(jī)器就完成全部的識別過程。

為了做到自修正，讓噴頭按軌跡模擬人工進(jìn)行虛擬拋噴清理。此過程在人工監(jiān)督進(jìn)行，如果機(jī)器人動作符合要求，完全按人的旨意進(jìn)行，則操作人員可以離開噴砂房，啟動拋噴機(jī)器人，機(jī)器人可獨(dú)立工作；完畢，打開大門，進(jìn)行安裝下一個同類工件，機(jī)器人按同類程序進(jìn)行對工件的拋噴清理。如果需要拋噴清理新的工件，則再進(jìn)行上面的工作。

如圖4所示，主控制由工業(yè)計算機(jī)控制，與機(jī)器手臂控制模塊、天車控制模塊、噴砂設(shè)備控制模塊、人工操作控制模塊、噴砂房控制構(gòu)成一體，相互協(xié)調(diào)來控制拋噴工藝，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能拋噴。所述的控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制柜、機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、天車步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器模塊、噴砂設(shè)備可編輯控制器、人工操作臺控制模塊，所述的系統(tǒng)控制柜內(nèi)設(shè)有工業(yè)控制計算機(jī)和數(shù)據(jù)接口，所述的機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊包括控制機(jī)器手臂6個關(guān)節(jié)自由度的驅(qū)動電機(jī)以及行程開關(guān)輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器手臂6個關(guān)節(jié)的流或控制；天車步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器模塊包括天車x軸控制模塊、天車y軸控制模塊和天車行程開關(guān)輸入模塊，實(shí)現(xiàn)天車的移動和定位；噴砂設(shè)備可編輯控制器包括拋砂設(shè)備i/o接口、拋噴頭控制模塊、磨料輸送控制模塊、分離器控制模塊、磨料提升控制模塊，實(shí)現(xiàn)噴砂流量流速的控制；人工操作臺控制模塊包括功能按鈕模塊和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)手動操控和參數(shù)設(shè)置。同時，為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對噴砂房的整體控制，所述的控制系統(tǒng)還包括噴砂房大門控制模塊，噴砂房大門控制模塊與系統(tǒng)控制柜電連接，用來實(shí)現(xiàn)噴砂房的大門的自動開啟和關(guān)閉。

由于整個機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)自動化，因此操作人員可以離開噴砂房，為了便于操作人員及時了解噴砂房的進(jìn)展?fàn)顩r，控制系統(tǒng)中需要增加提醒模塊，提醒模塊可以采用以下設(shè)置：

1、設(shè)置聲光模塊，所述聲光模塊包括音頻采集與功放模塊，通過播放預(yù)先錄制的聲音提醒，通知操作人員噴砂處理的進(jìn)度。

2、設(shè)置sim模塊，所述的sim模塊通過預(yù)先設(shè)定聯(lián)系人的手機(jī)號碼，在噴砂處理完成或出現(xiàn)問題時，及時向聯(lián)系人發(fā)送短信，使得聯(lián)系人不在現(xiàn)場時，可以及時得知現(xiàn)場情況。

上述的系統(tǒng)，其核心是對于噴砂流程的仿真模擬，在整個系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，該機(jī)器人的編程方法有3種：

1、示教編程：采用這種編程方法時，操作員手動操作機(jī)器人對某個工件進(jìn)行噴砂清理的同時，機(jī)器人會記錄下噴砂清理程序。機(jī)器人的全部運(yùn)動和其它控制信息的變化均存儲在噴砂清理程序中。

2、離線編程：采用模擬軟件進(jìn)行離線編程。這種編程方法無需中斷生產(chǎn)過程，即可輕松地創(chuàng)建機(jī)器人噴砂清理程序。這種編程方法尤其適用于需要進(jìn)行大批量生產(chǎn)的客戶。離線編程為選配功能，需配合工件的3維模型。

3、根據(jù)預(yù)先仿真結(jié)果進(jìn)行工件的自動噴砂編程：對于相對簡單的工件，根據(jù)仿真結(jié)果編寫自動生成噴砂清理程序。

上述的三種不同編程方式不需要增加模塊或執(zhí)行器只需要在軟件編程實(shí)現(xiàn)3中任務(wù)即可。

應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管說明書及附圖和實(shí)施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。