[发明专利]一种喷印用升降式三轴联动机构

说明书

技术领域：

本发明涉及一种喷印机的传动机构，特别涉及一种喷印用升降式三轴联动机构。

背景技术：

喷印设备是由计算机控制的全自动标号系统，通过喷点阵直接在钢卷的侧部表面和顶部表面上形成标号。目前，国内外钢铁企业的热轧生产线用于热钢卷标号的方式一般多为涂料点阵喷印，该方式的成字原理是：将多个喷枪并排设置，并等速行走，在设定位置上喷出点状涂料，以点组成文字。因为喷印机还包括有传感器，质量较大，因此喷印机对钢卷侧部表面的侧喷和对钢卷顶部表面的顶喷大多采用分别单独控制。

目前一种采用的是6轴联动的关节型机器人，其先后对钢卷进行顶喷和侧喷，虽然只需要一套喷印机，但是由于喷印周期超过钢卷的轧制周期，导致轧钢的节奏会受到一定的限制。还有一种采用的是双喷印机，其侧喷和顶喷设备分别设置于运输链的两侧，在喷印时两部分同时进行。

目前，随着喷印机不断的小型化，已出现一种侧喷手臂和顶喷手臂共用一个机器人的方案，但其顶喷手臂只能喷印在钢卷顶部靠近内圈的位置，这又与钢卷塔形始现于内圈这种情况发生冲突，于是就存在钢卷大量返修的缺陷，并且该方案需要2个机器人手臂分别进行侧喷和顶喷运动，使得喷印机结构复杂，控制也较为烦琐，大大增加了装置的返修率。

目前使用的各种喷印机存在以下的缺点：

1、喷印周期长：由于现有的喷印机，大多采用单喷印设备结合关节型机器人的方案，使顶喷和侧喷先后进行，造成喷印周期无法缩短，影响到轧制节奏的优化和加快。

2、结构较复杂：现有的喷印机虽然采用了顶喷和侧喷的同步方案，但其机械组合设计较为复杂，特别是臂长过长，如何降低手臂带来的扭矩就显得相当关键，设备操作控制也烦琐，且会给设备维护带来难度。

发明内容：

本发明目的在于提供一种与六轴联动控制相比大为简单的喷印用升降式三轴联动机构，主要解决六轴联动控制存在的机构复杂、灵敏度低、起动转矩惯量较小、调速范围较窄的技术问题，本发明的技术方案为：一种喷印用升降式三轴联动机构，包括三轴联动分布的平面机构和实现平面机构升降的升降机构，三轴联动平面机构安装升降机构上，平面机构具有三个绕各自Z轴转动的自由度，升降机构可沿Z轴上下移动，平面机构构成机械臂，机械臂末端与喷印装置联接实现喷印。该机械臂包含三个绕各自Z轴转动的自由度，该三个绕各自Z轴转动的自由度使机械臂在一个固定的平面内通过三个绕Z轴的转动进行相关联动，实现钢卷喷印所需要的圆弧轨迹；上述4个自由度，根据来自微型计算机的指令，一面相互协调，一面按要求的轨迹和速度运行。

所述机械臂包含三段联接臂、三个交流伺服电机和手腕，一个联接臂的一端与升降架联成一体，另一端与联接臂的关节相连，所述交流伺服电机及其轴即构成了联接臂的关节，关节同时与中间的一个联接臂相连，该联接臂和下一个联接臂都处于两个关节之间，其末端关节与手腕相连，所述手腕较联接臂短，以确保喷印装置始终与钢卷外表面呈垂直状，避免喷印字符变形或模糊，手腕另一端则与喷印装置相连以获得喷印的轨迹。

所述的升降机构包含伺服电机、丝杆(可采用滚珠丝杆)、大齿轮、小齿轮和升降架，丝杆安装在升降架上，大齿轮和丝杆联接成一体，大齿轮和小齿轮啮合，小齿轮与伺服电机输出轴连接，该伺服电机带动小齿轮实现主转动，大齿轮被动转动时丝杆也随之转动，从而实现升降架的上下移动。

在用于喷印机时，喷印机的平面运动控制由三轴联动控制实现，其升降移动控制通过伺服电机带动丝杆旋转实现，并通过平面运动控制与升降移动控制的组合来实现喷印机功能的控制要求，即使用一个最简化的手臂装置同时实现侧喷和顶喷，可与中国专利申请200510024100.9《组合喷印装置》配合使用，实现顶喷轨迹和侧喷轨迹的重合，其控制结构简单，可适应较重的喷印装置，其控制灵活性也能够满足较短轧制周期时间上的要求；

本发明提供的喷印用升降式三轴联动机构，其工作过程实现如下：

当喷印机接收到位于钢卷喷印位置上的钢卷宽度数据后，所具有的一个沿Z轴上下移动的升降机构就能够实现平面机构构成的机械臂升降，该机械臂包含三个绕各自Z轴转动的自由度，该三个绕各自Z轴转动的自由度使机械臂在一个固定的平面内通过三个绕各自Z轴的转动进行相关联动，根据获得的钢卷外径数据来实现钢卷喷印所需要的圆弧轨迹。

本发明提供的喷印用升降式三轴联动机构，其具有如下优点：