[发明专利]冗余机器人及机器人喷漆系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月10日提交的美国临时申请序列号61/698,952的优先权，其整体内容通过引用结合于此。该申请也要求于2012年10月5日提交的美国临时申请序列号61/710,096的优先权，其整体内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种喷漆（喷涂，paint）的机器人，更具体地说，涉及一种在喷漆间（喷漆橱）中使用的机器人。

背景技术

现有技术的喷漆间是已知的。用于在连续运输和停留站两个系统中给车身外表面喷漆的典型现有技术的喷漆间包括封壳，该封壳容纳有设置在其周边的多个喷漆和开启机器人（painting and opener robot，喷漆和开门机器人）。这些机器人可以安装在地面、墙壁或者轨道上。喷漆机器人带有喷枪或者旋转式涂覆器（钟形机器，bell machine），用于将雾化漆引向车身。

新制造的车身通常与安装着的门一起被喷漆。在喷漆过程中，门可以从关闭位置运动到打开位置，以便于对车身内部进行喷漆。喷完车身内部时，门返回到关闭位置。开启机器人包含有设置在关节臂端部的特别适配的工具，在打开和关闭过程中，该机器人通常用于抓握并移动门。车辆引擎罩和后挡板/后备箱盖也可以安装在车身上，同样地，与门相似，在喷涂过程中必须打开和关闭。

现有技术喷漆及开启机器人本身成本非常高，并且，对于喷漆间的视觉访问也受限。例如，现有技术的安装在地面的机器人安装在目前的喷漆间时还需要对喷漆间进行很多改进，这增加了安装时间和成本，并且需要更长更宽的喷漆间。安装在地面上的机器人需要经常地打扫，这是由于过喷漆雾的向下气流使得漆料积聚在机械臂和基座上，这导致了较高的维护和清洁成本。而且，由于一个喷漆机器人不能充分到达物体一侧上的所有适于喷涂的表面并且一个开启器也不能达到所有待打开的区域，因此，通常需要另外的机器人区域，从而，它们缺少对无法运转的机器人的任何备份能力。如果一个机器人无法运转，那么整个喷漆间都无法运转，这会产生延迟和停工成本。

现有技术的安装在地面的机器人也缺少挠性（flexibility）。挠性的缺少通常会使现有的安装在地面的机器人具有被分段以仅围绕六个不同转动轴线旋转的机械臂。设在这些六轴式机器人端部的端部执行工具仅能使用有限数量的机械臂分段结构在工作包络线（envelope）范围内达到某些位置，在许多情况下，仅仅一个结构允许端部执行工具达到指定位置和结构。如果端部执行工具的期望位置和定向导致现有技术的六轴式机器人与包含在喷漆间内的其他机器人或部件相干扰，则这些受限结构将会出问题。为了解决缺少挠性的问题，许多现有技术的喷漆间通过将六轴式机器人放置在线性轨道系统上来为它们增加额外的自由度。这些轨道系统可能非常昂贵的并且空间受限。现有技术的轨道安装（安装在轨道上）机器人还需要轨道，机器人可以沿着该轨道行进以跟着传送带移动。机器人的轨道轴线在喷漆间的每一端都需要通道。机器人的腰轴线（waist axis）在喷漆间端部需要额外的安全区，并且，在地面安装的机器人的轨道座侵占走道空间，并增加大量的成本。

因此，期望的是，提供一种以有效且经济的方式利用机器人的喷漆设备和喷漆系统，其使得漆料浪费最小化，在喷漆间里占用很少的空间（长度和宽度），并且能够安装在现有喷漆间中而不需要对喷漆间进行很多修改。

在美国专利号7,650,852中公开了对上述喷漆系统的改进。该专利描述了一种用于对物体喷漆的包括提升的管状框架轨道（安装有带有漆料喷涂器的四轴机械臂）的设备。该机器人附接至沿着轨道移动的安装基座，从而允许对车身的顶部和/或侧部喷漆。电源和流体管线可以通过轨道行进至机器人。可以将这样的两个轨道以及多个机器人结合成模块安装在新的或现有喷漆间。

然而，仍然希望通过不用线性轨道系统以将机器人送到期望位置和定向来进一步减少喷漆间的尺寸。

发明内容

与本发明一致协调的是，已经惊奇地发现一种能相当大程度地减少喷漆间尺寸的机器人喷漆系统中的冗余机器人（redundant robot）。根据本发明，冗余轴式喷漆机器人能通过增加机器人可使用的包络线减少喷漆间尺寸。冗余轴线用于避免喷漆机器人操作过程中的障碍物、车身和开启机器人。