多关节灵活型金属表面处理机器人的制作方法

本发明涉及金属表面处理机器人，具体为多关节灵活型金属表面处理机器人。

背景技术：

1、在现代制造业中，金属表面处理工艺是确保产品质量和性能的关键步骤之一。高质量的表面处理不仅能够提升产品的外观和耐用性，还能增强其抗腐蚀和抗磨损性能。然而，传统的金属表面处理技术主要依赖于人工操作和单功能设备，这种方式不仅效率低下，而且处理质量难以保证，存在许多局限性和不足之处。

2、随着工业自动化技术的快速发展，越来越多的自动化表面处理设备被应用到生产线上。这些设备在一定程度上提高了生产效率和处理质量，减少了对人工的依赖。然而，现有的自动化设备仍然存在许多亟需改进和优化的方面：

3、首先，传统的金属表面处理设备通常只能执行单一的表面处理任务，如打磨、抛光或喷漆。为了完成复杂的表面处理工作，往往需要多台设备的配合，这不仅增加了设备投资成本和占地空间，还导致了工艺流程复杂化和生产效率的降低。不同设备之间的衔接和协调也带来了操作复杂性和管理难度，使得整体生产线的灵活性和适应性受到限制。

4、其次，在金属表面处理过程中，抛光液和喷漆液的供给对加工质量有着直接影响。传统设备通常依赖人工添加或简单的自动供给系统，难以实现精准控制和自动化补充。这不仅增加了操作复杂性和人工成本，还容易导致材料浪费和供给不均匀，影响加工的一致性和稳定性。

5、因此针对上述不足，本发明提出了多关节灵活型金属表面处理机器人。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了多关节灵活型金属表面处理机器人，解决了传统机器人表面处理设备单一功能、灵活性差、效率低、自动化不足和材料供给不稳定的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：多关节灵活型金属表面处理机器人，包括：

3、底座，其作为整体机器人的基础安装构件，用于安装和控制机械臂360°旋转调节；

4、机械臂，其安装在底座上，用于灵活控制打磨、抛光和喷漆部件对金属进行表面处理；

5、安装架，其安装在机械臂的调节座上，用于为打磨、抛光和喷漆部件，以及定量送料组件提供安装基础；

6、表面处理集成组件，其安装在安装架上，用于对金属表面进行集中化处理；

7、表面处理集成组件包括打磨部件、抛光部件和喷漆部件，所述打磨部件用于对金属表面进行打磨处理，所述抛光部件用于对金属表面进行抛光处理，所述喷漆部件用于对金属表面进行喷漆处理；

8、打磨部件包括第一打磨件和第二打磨件，所述第一打磨件和第二打磨件位于安装架同一侧位置上，所述第一打磨件用于对表面光滑平整的金属件打磨处理，所述第二打磨件用于对表面不平整，存在凹槽和通孔的金属件打磨处理；

9、定量送料组件，其安装在安装架上，用于配合抛光部件使用，对金属表面抛光部位进行定量输送抛光液；

10、传感器集成模块，其安装在安装架上，为金属表面数字孪生系统提供金属表面处理数据，内部设置有多个传感器，包括力传感器、位移传感器、温度传感器、加速度传感器、压力传感器和表面粗糙度传感器，用于实时采集金属表面处理过程中的力、位置、运动轨迹、温度、振动、加速度、压力及表面粗糙度数据；

11、3d扫描仪，其安装在安装架上，为金属表面数字孪生系统提供高精度的几何建模、表面缺陷检测、位置和运动轨迹监测、表面粗糙度测量，以及支持虚拟仿真与调试，通过数据同步与融合实现全面的表面处理状态监控。

12、优选的，所述机械臂包括液压缸，所述液压缸固定在底座上，所述液压缸驱动端连接有连接件，所述底座端部转动连接有活动臂，所述连接件外壁转动在活动臂上，所述底座外壁固定连接有步进电机四，所述步进电机四驱动端转动在活动臂上，所述活动臂顶部外壁转动有连接臂，所述连接臂外壁固定连接有步进电机一，所述步进电机一驱动端固定在活动臂外壁，所述连接臂外壁固定连接有步进电机二，所述步进电机二驱动端固定有旋转臂，所述旋转臂内部固定有两个步进电机三，所述旋转臂另一端内壁转动有调节座，两个所述步进电机三均通过传送控制调节座旋转调。

13、优选的，所述第一打磨件包括伺服电机一，所述伺服电机一外壁固定在安装架外壁，所述伺服电机一驱动端固定连接有打磨头一。

14、优选的，所述第二打磨件包括伺服电机三，所述伺服电机三外壁固定在安装架上，所述伺服电机三驱动端连接有齿轮一，所述安装架外壁转动有转轴，所述转轴外壁固定有齿轮二，所述转轴外部齿尖与齿轮二外部齿尖啮合，所述转轴端部固定有安装座，所述安装座中部设置有打磨头二。

15、优选的，所述抛光部件包括伺服电机二，所述伺服电机二固定在安装架上，与伺服电机一呈对称布置，所述伺服电机二驱动端固定有抛光头。

16、优选的，所述喷漆部件包括储料罐，所述储料罐固定在底座上，所述储料罐上设置有两个连接口，两个连接口分别为进料口和出料口，所述出料口连接有软管，所述软管另一端连接有喷嘴一，所述喷嘴一外壁固定连接在安装架中部。

17、优选的，所述定量送料组件包括过料管，所述过料管固定在安装架上表面，所述过料管底部固定有喷嘴二，所述过料管内壁滑动连接有活塞一，所述活塞一上表面固定有移动杆，所述过料管上表面设置有驱动部件，用于驱动活塞一在过料管内壁进行上下移动，使抛光液定量从连通管进入到过料管内，通过喷嘴二喷在金属表面上，所述过料管外壁固定有连通管，所述连通管另一端固定有储料管，所述储料管固定在安装架外壁，所述过料管外壁设置有观察位。

18、优选的，所述驱动部件包括气缸，所述气缸固定在安装架上，所述气缸驱动端固定有导气管，所述导气管另一端固定有固定管，所述固定管底部固定在过料管上，所述移动杆顶部固定有活塞二，所述活塞二滑动在固定管内壁，所述位于固定管内部部分套设有弹簧。

19、金属表面数字孪生系统，用于配合上述所述的多关节灵活型金属表面处理机器人使用，包括：

20、数字孪生模型模块，用于创建和管理金属部件的3d几何模型、材质特性和表面状态信息；

21、数据采集与同步模块，用于集成各种传感器并实时同步传感器数据到数字孪生模型；

22、虚拟仿真与优化模块，用于基于数字孪生模型进行路径规划、参数优化和虚拟调试；

23、实时监测与反馈模块，用于实时监控关键参数并根据监测数据调整处理参数；

24、人机协同模块，用于通过ar和友好界面展示实时数据和优化建议，辅助操作员；

25、自适应加工与学习模块，用于利用机器学习分析数据并自动调整加工参数；

26、数据驱动的质量控制模块，用于实时监控质量参数，分析质量数据并生成质量报告；

27、系统集成与管理模块，用于协调和管理各模块的数据和操作。

28、优选的，所述数字孪生模型模块包括：

29、几何建模单元，其用于负责创建金属部件的3d几何模型；

30、材质建模单元，其用于定义和管理金属部件的材质特性；

31、表面状态建模单元，其用于记录和模拟部件的表面状态信息。

32、工作原理：在使用本发明所述的机器人对金属表面进行处理时，通过控制终端设备，调节机器人的驱动参数，使得液压缸和步进电机四驱动活动臂活动，同时步进电机一驱动连接臂在活动臂外壁转动，调节表面处理集成组件靠近需打磨的金属件，根据打磨调节需要，控制步进电机二操控旋转臂旋转，实现表面处理集成组件的360°旋转，同时步进电机三控制调节座转动，调节安装架与旋转臂之间的垂直夹角，通过上述操控，在液压缸、步进电机四、步进电机一、步进电机二和步进电机三的控制下，使得机械臂灵活调节控制表面处理集成组件与金属表面的接触位置，实现不同角度不同方位上的表面处理工作，在调节好表面处理集成组件的位置后，通过启动伺服电机一驱动打磨头一运行，对金属表面进行打磨加工，打磨结束后，通过机械臂，操控抛光头移动至打磨后的位置上，然后启动伺服电机二对金属表面进行抛光处理，在进行抛光时，可启动气缸，产生气体通过导气管进入到固定管内部，气体充斥固定管内部空间，推动活塞二在固定管内部下移，带动移动杆同步移动，使得活塞一在过料管内部同步下移，使得过料管内部空气被分别挤入连通管内，以及从喷嘴二内挤出，随着空气的推动，部分定量的抛光液从喷嘴二内部掉落金属表面上，如此配合伺服电机二对金属表面进行抛光处理，随后气缸停止气体输出，弹簧回弹产生反作用力，带动活塞二复位，同时移动杆上移带动活塞一上移，此时气体从喷嘴二进入过料管内，连通管内部的抛光液随着气压的减小回流进过料管内，如此为过料管内部补充抛光液，在需要对金属表面进行喷漆处理时，可启动喷嘴一，使得储料罐内部漆液通过软管输出喷嘴一中朝金属表面喷出，在进行表面处理时，传感器集成模块内部传感器会实时监测采集金属表面处理过程中的力、位置、运动轨迹、温度、振动、加速度、压力及表面粗糙度数据，采集到的数据传送至金属表面数字孪生系统中，数据采集与同步模块接收到这些传感器数据后，将其实时同步至数字孪生模型模块，数字孪生模型模块包括的几何建模单元会利用这些数据更新金属部件的3d几何模型；材质建模单元会调整和验证金属部件的材质特性；表面状态建模单元会根据传感器数据记录和模拟部件的表面状态信息。

33、接下来，虚拟仿真与优化模块基于更新后的数字孪生模型进行路径规划、参数优化和虚拟调试。该模块通过仿真测试不同处理路径和参数组合，确定最佳的加工方案，以提高效率和处理质量。

34、实时监测与反馈模块则持续监控处理过程中的关键参数，并根据实时监测数据进行动态调整。此模块能够及时发现和纠正加工过程中出现的偏差，确保处理的一致性和质量。

35、在此过程中，自适应加工与学习模块利用机器学习技术分析处理过程中的数据，自动调整加工参数，以适应不断变化的工况和提高处理智能化水平。

36、人机协同模块通过增强现实技术和友好的用户界面将实时数据和优化建议展示给操作员。操作员可以直观地监控加工过程，进行必要的干预和调整。

37、数据驱动的质量控制模块则实时监控加工质量参数，并分析质量数据，生成处理质量报告。该模块能够提供详细的质量追踪和管理信息，帮助操作员和管理者做出更好的决策。

38、最终，系统集成与管理模块负责协调和管理各模块之间的数据和操作，实现了对金属表面处理过程的全方位监控、优化和智能控制，从而提高了加工质量和生产效率。

39、本发明提供了多关节灵活型金属表面处理机器人。具备以下有益效果：

40、1、本发明通过多个步进电机和液压缸的控制，实现了表面处理集成组件在不同角度和方位上的灵活调节，从而适应各种复杂的金属表面处理需求。

41、2、本发明通过将机器人与金属表面数字孪生系统结合，实现了高效、精准、智能的金属表面处理，不仅提高了加工质量和生产效率，还减少了人工干预和试错时间，显著提升了整体生产效益和系统稳定性，同时结合数字孪生技术和虚拟仿真优化，确定最佳处理路径和参数，提高了表面处理的效率和精度，减少了试错时间。

42、3、本发明通过设计了一种集成多种表面处理部件的机器人，解决了传统机器人只能单独进行一种表面处理任务，需多台设备配合才能完成复杂的处理工作，增加了成本和占地空间的问题，有效提高了加工效率。

43、4、本发明通过设计两种类型的打磨部件，使得该机器人能够适应不同类型的金属工件进行表面加工处理，进一步提高机器人的适应性。

44、5、本发明通过设计定量送料组件配合喷漆部件使用，对抛光液进行自动补充，提高了加工过程的连续性和稳定性，解决了传统金属表面处理设备缺乏自动化送料机制，在长时间连续处理过程中容易出现材料供给不足或过量的问题，提高了处理质量和一致性。