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

背景技術：

噴砂是利用高速旋轉的葉輪把丸、砂拋擲出去，高速撞擊零件表面，達到表面處理要求。噴砂房又叫噴丸房、打砂房，適應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：機械回收式噴丸房和人工回收式噴丸房。目前國內多數(shù)采用人工回收噴砂房，原因是經(jīng)濟實用，制作簡單、方便，用材簡易，大大的減少了噴砂房的造價成本。但對于復雜的工件人工實現(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械手的機器人是大勢所趨。

國內拋噴丸設備技術水平較低，總體達到國外上世紀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)境污染嚴重；操作者素質和技能比較差，存在安全隱患；設備控制水平較低，自動化水平較低。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種具備優(yōu)異的運動能力，能夠智能噴砂清理各種工件包括復雜結構的工件表面的機器人，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器人進行編程或者采用人工控制方式對各種工件進行噴砂清理；它甚至可以通過車窗或其它孔洞進入軌道機車內部，清理其內部表面，應用范圍從各種鑄件、大型鋼件到軌道機車車輛。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種基于天車平臺的智能噴砂機器人，包括噴砂設備、工件放置臺和天車平臺，天車平臺可以實現(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、機器手臂，所述的人工操作臺設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器獲知噴頭軌跡和運行速度，通過觸摸屏設置拋噴力度；所述的系統(tǒng)控制柜與人工操作臺、機器手臂、天車平臺、噴砂設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)和微機控制系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)用來記錄和分析噴砂處理的過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)噴查處理的全過程控制，電氣控制柜通過電機與各個模塊或部件電連接，控制各個模塊或部件的運動；機器手臂設置在天車平臺上，設置有至少6個轉軸或關節(jié)，能夠實現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向移動，還設置至少一個噴嘴，噴嘴與噴砂設備連接，實現(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。

進一步的，所述的機器手臂包括噴嘴、第一關節(jié)、第二關節(jié)、第三關節(jié)、第四關節(jié)、第五關節(jié)、第六關節(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，所述第六關節(jié)和第五關節(jié)均為套筒結構，第六關節(jié)能夠在連接套筒內壁上自由滑動，第五關節(jié)上端能夠在第六關節(jié)內壁上自由滑動；第五關節(jié)下端通過活動軸與第四關節(jié)連接，第四關節(jié)下端通過活動軸與第三關節(jié)連接；第三關節(jié)下端通過轉向臺與第二關節(jié)連接，第二關節(jié)上端通過旋轉軸與轉向臺下端活動連接，且第二關節(jié)沿旋轉軸360度旋轉；第二關節(jié)下端與第一關節(jié)固接，第一關節(jié)設有轉軸，且所述轉軸與所述旋轉軸相互垂直，所述轉軸能夠360度旋轉；所述噴嘴固定在轉軸上。

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有起始定位按鈕和縱向定位按鈕，用來設定起始位置和縱向位置。

進一步的，所述的控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制柜、機器手臂步進電機驅動模塊、天車步進電機驅動器模塊、噴砂設備可編輯控制器、人工操作臺控制模塊，所述的系統(tǒng)控制柜內設有工業(yè)控制計算機和數(shù)據(jù)接口，所述的機器手臂步進電機驅動模塊包括控制機器手臂6個關節(jié)自由度的驅動電機以及行程開關輸入模塊，實現(xiàn)對機器手臂6個關節(jié)的流或控制；天車步進電機驅動器模塊包括天車x軸控制模塊、天車y軸控制模塊和天車行程開關輸入模塊，實現(xiàn)天車的移動和定位；噴砂設備可編輯控制器包括拋砂設備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，實現(xiàn)手動操控和參數(shù)設置。

進一步的，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，用來實現(xiàn)噴砂房的大門的自動開啟和關閉。

進一步的，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，通過播放預先錄制的聲音提醒，通知操作人員噴砂處理的進度。

進一步的，所述的控制系統(tǒng)還包括sim模塊，所述的sim模塊通過預先設定聯(lián)系人的手機號碼，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、機器手臂設計了6個可自由活動的關節(jié)，具備優(yōu)異的運動能力，可同時滿足上下伸縮、水平彎曲、360度角度調整等一系列動作，可以完全滿足完成復雜構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、多傳感器融合的運動規(guī)劃與協(xié)調控制技術研究，結合人工操作臺的操作，協(xié)調控制室可以通過示教模式對機器人進行編程或者采用人工控制方式對各種工件進行噴砂清理。

3、計算機仿真軟件可以根據(jù)工件的主要尺寸自動生成相應的噴砂清理程序。采用最先進的機器人仿真軟件如abbrobotstudio專業(yè)機器人仿真設計軟件，借助虛擬機器人技術進行離線編程，到達設計目標，進而可以采用solidworks進行繪圖設計，對工件表面噴砂的力度、密度用計算機仿真技術來模擬實際工作狀況，為自動噴砂清理模式打下基礎。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明現(xiàn)場設置示意圖；

圖3是本發(fā)明中機器手臂的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明系統(tǒng)控制原理框圖。

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

具體實施方式

如圖1所示，一種基于天車平臺的智能噴砂機器人，包括噴砂設備、工件放置臺和天車平臺，天車平臺可以實現(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、機器手臂，所述的人工操作臺設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器獲知噴頭軌跡和運行速度，通過觸摸屏設置拋噴力度；所述的系統(tǒng)控制柜與人工操作臺、機器手臂、天車平臺、噴砂設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)和微機控制系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)用來記錄和分析噴砂處理的過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)噴查處理的全過程控制，電氣控制柜通過電機與各個模塊或部件電連接，控制各個模塊或部件的運動；機器手臂設置在天車平臺上，設置有至少6個轉軸或關節(jié)，能夠實現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向移動，還設置至少一個噴嘴，噴嘴與噴砂設備連接，實現(xiàn)噴砂。

整個系統(tǒng)的位置平面圖如圖2，天車帶動機器手臂可以在移動空間xy軸移動，機器手臂6個關節(jié)實現(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2個限位開關，用以限位和定位。天車兩方向移動控制電機采用三相步進電機。

如圖3所示，所述的機器手臂包括噴嘴、第一關節(jié)1、第二關節(jié)2、第三關節(jié)3、第四關節(jié)4、第五關節(jié)5、第六關節(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，所述第六關節(jié)和第五關節(jié)均為套筒結構，第六關節(jié)能夠在連接套筒內壁上自由滑動，第五關節(jié)上端能夠在第六關節(jié)內壁上自由滑動；第五關節(jié)下端通過活動軸與第四關節(jié)連接，第四關節(jié)下端通過活動軸與第三關節(jié)連接；第三關節(jié)下端通過轉向臺與第二關節(jié)連接，第二關節(jié)上端通過旋轉軸與轉向臺下端活動連接，且第二關節(jié)沿旋轉軸360度旋轉；第二關節(jié)下端與第一關節(jié)固接，第一關節(jié)設有轉軸，且所述轉軸與所述旋轉軸相互垂直，所述轉軸能夠360度旋轉；所述噴嘴固定在轉軸上。

機器手臂采用步進電機同精密諧波減速器配合驅動關節(jié)運動，具有精度高、控制性能好、結構簡單的特點。在六自由度手臂的運動學方程基礎上，兼顧天車位置信息形成八自由度，以機器臂控制的初始前向變量為依據(jù)，建立可參數(shù)化的、非線性的機器臂旋轉、移動維度進行機器人手臂的三維空間定位控制，形成機器人三維臂八關節(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有起始定位按鈕和縱向定位按鈕，用來設定起始位置和縱向位置。

人工操作臺的主要作用為：為了實現(xiàn)新工件的拋噴軌跡、運行速度和拋噴力度，首先需要進行軌跡、拋噴運行速度、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器獲知噴頭軌跡、運行速度和拋噴力度。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行速度，機器將逐步記下。

2、操作左手柄，通過左手柄調整噴頭的上下噴射俯角幅度，同時操作左手柄調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，機器記下此位置和噴射擺動角度。到此，機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行虛擬拋噴清理。此過程在人工監(jiān)督進行，如果機器人動作符合要求，完全按人的旨意進行，則操作人員可以離開噴砂房，啟動拋噴機器人，機器人可獨立工作；完畢，打開大門，進行安裝下一個同類工件，機器人按同類程序進行對工件的拋噴清理。如果需要拋噴清理新的工件，則再進行上面的工作。

如圖4所示，主控制由工業(yè)計算機控制，與機器手臂控制模塊、天車控制模塊、噴砂設備控制模塊、人工操作控制模塊、噴砂房控制構成一體，相互協(xié)調來控制拋噴工藝，實現(xiàn)機器人的智能拋噴。所述的控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制柜、機器手臂步進電機驅動模塊、天車步進電機驅動器模塊、噴砂設備可編輯控制器、人工操作臺控制模塊，所述的系統(tǒng)控制柜內設有工業(yè)控制計算機和數(shù)據(jù)接口，所述的機器手臂步進電機驅動模塊包括控制機器手臂6個關節(jié)自由度的驅動電機以及行程開關輸入模塊，實現(xiàn)對機器手臂6個關節(jié)的流或控制；天車步進電機驅動器模塊包括天車x軸控制模塊、天車y軸控制模塊和天車行程開關輸入模塊，實現(xiàn)天車的移動和定位；噴砂設備可編輯控制器包括拋砂設備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，實現(xiàn)手動操控和參數(shù)設置。同時，為了實現(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，用來實現(xiàn)噴砂房的大門的自動開啟和關閉。

由于整個機器人可以實現(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展狀況，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置：

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

2、設置sim模塊，所述的sim模塊通過預先設定聯(lián)系人的手機號碼，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)運行的過程中，該機器人的編程方法有3種：

1、示教編程：采用這種編程方法時，操作員手動操作機器人對某個工件進行噴砂清理的同時，機器人會記錄下噴砂清理程序。機器人的全部運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)建機器人噴砂清理程序。這種編程方法尤其適用于需要進行大批量生產(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)預先仿真結果進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現(xiàn)3中任務即可。

應當指出，以上所述具體實施方式可以使本領域的技術人員更全面地理解本發(fā)明的具體結構，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施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進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方案及其改進，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護范圍當中。