涂层机器人关节机构、耐磨涂层及其制备方法与流程

1.本技术涉及机器人技术领域，特别是涉及一种涂层机器人关节机构、耐磨涂层及涂层制备方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，机器人逐渐代替人工进入工业应用，如搬运、装配、打包等工厂作业所需的工序，有效地减少劳动力。
3.机器人领域中，常用到关节机器人，关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，例如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作，按照构造它有不同的分类。具体的，关节机器人主要分为多轴关节机器人、托盘关节机器人以及平面关节机器人。多轴关节机器人拥有五个或六个旋转轴，类似于人类的手臂，应用领域有装卸货、喷漆、测试、焊接、包装等多个领域。托盘关节机器人包括两个或四个旋转轴以及机械抓手的定位锁紧装置。
4.但是，机器人关节转动时，每个机器人关节之间具有一定的冲击力，使各个关节磨损变大，使用寿命下降，加速了机器人关节的磨损。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对机器人关节不耐磨的问题，提供一种涂层机器人关节机构、耐磨涂层及涂层制备方法。
6.本发明第一方面提供一种涂层机器人关节机构，关节机构包括：第一关节臂、第二关节臂、缓冲组件及耐磨涂层，第二关节臂转动连接于第一关节臂，第二关节臂相对于第一关节臂转动连接形成两个枢转点；缓冲组件设置于第一关节臂和第二关节臂之间，耐磨涂层涂设于所述第一关节臂表面或第二关节臂表面；其中，当第一关节臂能够围绕两个枢纽点连成的第一轴线转动时，第一关节臂能够朝向第二关节臂的方向压缩缓冲组件。当第一关节臂能够围绕两个枢纽点连成的第一轴线转动时，第一关节臂能够朝向第二关节臂的方向压缩缓冲组件，缓冲组件能够减小第一关节臂至第二关节臂的冲击力，提升关节机构使用寿命，降低了机器人关节的磨损程度。
7.在其中一个实施例中，缓冲组件包括第一缓冲单元，第一缓冲单元包括连接于第一关节臂和第二关节臂之间的第一连接件和弯曲的第一弹性件，第一弹性件的两端分别滑动连接于第一连接件的两侧，当第一关节臂朝向第二关节臂方向转动时，第一关节臂压缩所述第一弹性件，第一弹性件的两端在第一连接件上能够相背滑动。当第一关节臂朝向所述第二关节臂方向转动时，第一关节臂压缩第一弹性件，第一弹性件的两端受力后，使第一弹性件的两端在第一连接件上能够相背滑动，第一弹性件能够减小第一关节臂至第二关节臂的冲击力，降低了机器人关节机构的磨损程度。
8.在其中一个实施例中，缓冲组件包括第二缓冲单元，第二缓冲单元包括连接于第一连接件的第二连接件和连接于第一弹性件的弯曲的第二弹性件，第二弹性件的两端分别
滑动连接于第二连接件的两侧，当第一关节臂朝向第二关节臂方向转动时，第一关节臂压缩所述第二弹性件，第二弹性件的两端在所述第二连接件上能够相背滑动。当第一关节臂朝向第二关节臂方向转动时，第一关节臂压缩第二弹性件，第二弹性件的两端受力后，使第二弹性件的两端在第二连接件上能够相背滑动，缓冲组件可以在两个方向上缓冲外力，进一步减小第一关节臂至第二关节臂的冲击力，进一步降低了机器人关节的磨损程度。
9.在其中一个实施例中，第一弹性件和所述第二弹性件均包括板簧。板簧设置为靠近第一连接件一侧或第二连接件的一侧弯曲，板簧的两端能够滑动连接于第一连接件或第二连接件，当第一关节臂相对于第二关节臂转动时，第一关节臂挤压板簧，板簧受到外力后，板簧的两端相对于第一连接件表面或第二连接件表面能够相向或背向移动，满足工作要求。
10.在其中一个实施例中，关节机构还包括第三关节臂，第三关节臂连接于所述第一关节臂或所述第二关节臂，第三关节臂被配置为预设个数。在多个相同或多个不同方向上，缓冲组件能够减小第一关节臂至第二关节臂的冲击力，进一步提升缓冲效果。
11.本发明第二方面提供一种耐磨涂层，包括上述耐磨涂层，所述耐磨涂层包括硬质镍基涂层，硬质镍基涂层包括镍基粉末材料、熔渗剂、环氧树脂及粘合剂，其中镍基粉末材料表面原位生长有由al2o3陶瓷层和ws2颗粒组成的耐磨涂层，ws2颗粒分散在al2o3陶瓷层中，熔渗剂与环氧树脂熔渗入所述硬质镍基涂层的渗入孔中。
12.在其中一个实施例中，熔渗剂与所述环氧树脂质量比为(3-5)：(5-7)。
13.在其中一个实施例中，硬质镍基涂层厚度为200-500μm，所述镍基粉末粒径为50-100μm。
14.本发明第三方面提供一种耐磨涂层的制备方法，对第一关节臂或所述第二关节臂表面进行表面除油、除锈、喷砂预处理；在第一关节臂或所述第二关节臂表面上喷涂由熔渗剂、环氧树脂及粘合剂组成的混合材料；将第一关节臂或第二关节臂表面加热至所述混合材料的固化温度，使其发生熔结交联反应并完全固化；熔渗剂和环氧树脂粉末在熔融状态时充分渗透进硬质镍基，并与硬质镍基内的金属键结合产生机械嵌合，熔渗时间为1-2小时，其结合力为30mpa-100mpa。
15.在其中一个实施例，方法包括采用等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：喷涂电流300-400a，喷涂电压20-40v，送粉流量0-450l/min。
附图说明
16.图1为一实施例中的涂层机器人关节机构的结构示意图。
17.图2为一实施例中的涂层机器人关节机构的缓冲组件的结构示意图。
18.图3为一实施例中的涂层机器人关节机构的第一关节臂、第二关节臂及第三关节臂的结构示意图。
19.图4为一实施例中的耐磨涂层的制备方法工艺流程图。
20.附图说明标记：100、关节机构；10、第一关节臂；20、第二关节臂；30、缓冲组件；31、第一缓冲件；311、第一连接件；312、第一弹性件；32、第二缓冲件；321、第二连接件；322、第二弹性件；40、耐磨涂层；50、枢转点；60、第三机械臂。
具体实施方式
21.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本技术的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
23.此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
25.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.参阅图1，图1示出了本技术一实施例中的涂层机器人关节机构的示意图，该关节机构100包括第一关节臂10、第二关节臂20、缓冲组件30及耐磨涂层40，其中，第一关节臂10与所述第二关节臂20转动连接，第一关节臂10相对于第二关节臂20转动连接形成两个枢转点50，缓冲组件30设置于第一关节臂10和第二关节臂20之间，当第一关节臂10能够围绕两个枢纽点50连成的第一轴线x转动时，第一关节臂10能够朝向第二关节臂20的方向压缩缓冲组件30，缓冲组件30能够减小第一关节臂10至第二关节臂20的冲击力，使第一关节臂10的磨损小。
28.在本实施例中，第一关节臂10和第二关节臂20之间通过铰接轴(未图示)转动连
接，两个铰接轴分别铰接于第一关节臂10和第二关节臂20的两侧，两个铰接轴之间转动连接形成两个枢转点50，第一关节臂10能够围绕两个枢纽点50连成的第一轴线x转动。
29.缓冲组件30包括第一缓冲单元31和第二缓冲单元32，第一缓冲单元31包括连接于第一关节臂10和第二关节臂20之间的第一连接件311和弯曲的第一弹性件312，第一弹性件312的两端分别滑动连接于第一连接件311，第一弹性件312向靠近第一连接件311的一侧弯曲以使第一弹性件312具有弧度，例如本实施例的第一弹性件312可采用板簧，本实施例的第一弹性件312与第一关节臂10的表面相连，第一连接件311与第二关节臂10的表面相连；第二缓冲单元32包括连接于第一连接件311的第二连接件321和连接于第一弹性件312的弯曲的第二弹性件322，第二弹性件322的两端分别滑动连接于第二连接件321，第二弹性件322向靠近第二连接件321的一侧弯曲以使第二弹性件322具有弧度，例如本实施例的第二弹性件322采用板簧。当第一关节臂10朝向第二关节臂20方向转动时，第一关节臂10同时压缩第一弹性件312和第二弹性件322，第一弹性件312的两端在第一连接件311上能够相背滑动，此时第二弹性件322的两端在第二连接件321上能够相背滑动，第一弹性件312和第二弹性件322能够进一步减小第一关节臂10至第二关节臂20的冲击力，使第一关节臂10的磨损小。
30.此外，在本实施例中，第一弹性件312和第二弹性件322的设置方向不同，在两个不同方向上，能够减小第一关节臂10至第二关节臂20的冲击力，进一步提升缓冲效果。
31.在本实施例中，第一连接件311和第二连接件321均可采用木质、金属或其他材质的板，第一连接件311和第二连接件321的尺寸不做限定，只要满足第一连接件311和第二连接件321能够设于第一关节臂10和第二关节臂20之间即可，此外，第一弹性件312和第二弹性件322的尺寸、材质同样不做限定。
32.在本实施例中，第一连接件311表面开设有两个滑动槽(未图示)，第一弹性件312的两端分别连接有滑动块，两个滑动块分别滑动连接于两个滑动槽中；当第一弹性件312受到外力后，第一弹性件312的两端受力，并且能够在滑动槽中滑动，此时第一弹性件312的弧度改变，第一弹性件312可以缓冲第一关节臂10和第二关节臂20之间的缓冲力。
33.在其他实施例中，第一弹性件312可以不与第一关节臂10相连，第一连接件311可以不与第二关节臂20相连，第一弹性件312相对于第一关节臂10表面的设置距离只要满足，当第一关节臂10向第二关节臂20转向时，第一关节臂10能够压缩第一弹性件312即可。
34.在其他实施例中，缓冲组件30可仅包括第一缓冲单元31或第二缓冲单元32，当第一关节臂10向第二关节臂20转向时，第一关节臂10能够压缩第一弹性件312或第二弹性件322，第一弹性件312或第二弹性件322至少一个可移动，同样满足缓冲关节机构100的目的。
35.在其他实施例中，第一弹性件312和第二弹性件322的设置方向相同，同样可以满足关节机构100的缓冲要求。此外，其他实施例还可以采用第一弹性件312和第二弹性件322可设置多个，在多个相同或多个不同方向上，能够减小第一关节臂10至第二关节臂20的冲击力，进一步提升缓冲效果。
36.在本实施例中，关节机构100还包括第三关节臂60，第三关节臂60转动连接于第一关节臂10，第三关节臂60的数量被配置为单个。第一关节臂10、第二关节臂20及第三关节臂60，彼此之间可转动，进一步提升了关节机构100的转动范围。
37.在其他实施例中，第三关节臂60的数量可以为多个，第三关节臂60可以连接于第
二机械臂20，或第三关节臂60可以同时连接于第一机械臂10和第二机械臂20。关节机构100可以多个方向转动，转动的范围更大，能够适用于多种应用场景。
38.在其他实施例中，缓冲组件30也可设置于第二关节臂20和第三关节臂60之间，每转动一个关节臂，缓冲组件30能够缓冲每个关节臂的冲击力，提升关节机构100使用寿命，降低了机器人关节的磨损程度。
39.在其他实施例中，缓冲组件30可仅包括第一弹性件312或第二弹性件322，第一弹性件312或第二弹性件322设置于第一关节臂10和第二关节臂20之间。此外，第一弹性件312或第二弹性件322可不采用板簧，第一弹性件312或第二弹性件322可采用具有弹性功能的弹簧、海绵或其他结构，只要缓冲组件30能够实现缓冲第一关节臂10和第二关节臂20之间的冲击力即可。
40.如图4所示，图4示出了本技术一实施例中的一种耐磨涂层的制备方法的示意图，制备方法包括：
41.s402：对关节机构100表面进行预处理：对第一关节臂10或第二关节臂20表面进行表面除油、除锈、喷砂处理；
42.s406：对关节机构100表面进行喷涂：在第一关节臂或第二关节臂表面上喷涂由熔渗剂、环氧树脂及粘合剂组成的混合材料；
43.s408：对关节机构100表面进行加热：将第一关节臂10或所述第二关节臂20表面加热至混合材料的固化温度，使其发生熔结交联反应并完全固化；
44.s410：生成耐磨涂层：熔渗剂和环氧树脂粉末在熔融状态时充分渗透进硬质镍基，并与硬质镍基内的金属键结合产生机械嵌合，熔渗时间为1-2小时，其结合力为30mpa-100mpa。
45.上述采用等离子喷涂，所述等离子喷涂的工艺参数为：喷涂电流300-400a，喷涂电压20-40v，送粉流量0-450l/min。
46.上述耐磨涂层40包括硬质镍基涂层，硬质镍基涂层包括镍基粉末材料、熔渗剂、环氧树脂及粘合剂，其中镍基粉末材料表面原位生长有由al2o3陶瓷层和ws2颗粒组成的耐磨涂层，ws2颗粒分散在al2o3陶瓷层中，熔渗剂与环氧树脂熔渗入硬质镍基涂层的渗入孔中，耐磨涂层40更加均匀，性能更加稳定，本实施例采用的石墨与环氧树脂质量比为3：7，硬质镍基涂层厚度为200-500μm，镍基粉末粒径为50-100μm。
47.上述耐磨涂层可以均匀地喷涂于第一关节臂10表面或第二关节臂20表面，能够起到防腐耐磨的效果，机器人关节转动时，借助缓冲组件30，能够缓冲各个关节的冲击力，提升关节机构100使用寿命，降低了机器人关节的磨损程度。
48.在其他实施例中，耐磨涂层40可不采用上述制备方法，只要能够实现制备的涂层具有耐磨、防腐等功能的制备方法即可。
49.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
50.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护
范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种涂层机器人关节机构，其特征在于，所述关节机构包括：第一关节臂；第二关节臂，转动连接于所述第一关节臂，所述第二关节臂相对于所述第一关节臂转动连接形成两个枢转点；缓冲组件，设置于所述第一关节臂和所述第二关节臂之间；以及耐磨涂层，所述耐磨涂层涂设于所述第一关节臂表面或所述第二关节臂表面；其中，当所述第一关节臂能够围绕两个所述枢纽点连成的第一轴线转动时，所述第一关节臂能够朝向所述第二关节臂的方向压缩所述缓冲组件。2.根据权利要求1所述的涂层机器人关节机构，其特征在于，所述缓冲组件包括第一缓冲单元，所述第一缓冲单元包括连接于所述第一关节臂和所述第二关节臂之间的第一连接件和弯曲的第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别滑动连接于所述第一连接件的两侧，当所述第一关节臂朝向所述第二关节臂方向转动时，所述第一关节臂压缩所述第一弹性件，所述第一弹性件的两端在所述第一连接件上能够相背滑动。3.根据权利要求2所述的涂层机器人关节机构，其特征在于，所述缓冲组件包括第二缓冲单元，所述第二缓冲单元包括连接于所述第一连接件的第二连接件和连接于所述第一弹性件的弯曲的第二弹性件，所述第二弹性件的两端分别滑动连接于所述第二连接件的两侧，当所述第一关节臂朝向所述第二关节臂方向转动时，所述第一关节臂压缩所述第二弹性件，所述第二弹性件的两端在所述第二连接件上能够相背滑动。4.根据权利要求3所述的涂层机器人关节机构，其特征在于，所述第一弹性件和所述第二弹性件均包括板簧。5.根据权利要求1所述的涂层机器人关节机构，其特征在于，所述关节机构还包括第三关节臂，所述第三关节臂连接于所述第一关节臂或所述第二关节臂，所述第三关节臂被配置为预设个数。6.一种耐磨涂层，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的耐磨涂层，所述耐磨涂层包括硬质镍基涂层，所述硬质镍基涂层包括镍基粉末材料、熔渗剂、环氧树脂及粘合剂，其中所述镍基粉末材料表面原位生长有由al2o3陶瓷层和ws2颗粒组成的耐磨涂层，所述ws2颗粒分散在al2o3陶瓷层中，所述熔渗剂与环氧树脂熔渗入所述硬质镍基涂层的渗入孔中。7.根据权利要求6所述的耐磨涂层，其特征在于，所述熔渗剂与所述环氧树脂质量比为(3-5)：(5-7)。8.根据权利要求6所述的耐磨涂层，其特征在于，所述硬质镍基涂层厚度为200-500μm，所述镍基粉末粒径为50-100μm。9.一种根据权利要求6-8任一所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，其特征在于：对关节机构表面进行预处理：对所述第一关节臂或所述第二关节臂表面进行表面除油、除锈、喷砂预处理；对关节机构表面进行喷涂：在所述第一关节臂或所述第二关节臂表面上喷涂由熔渗剂、环氧树脂及粘合剂组成的混合材料；对关节机构表面进行加热：将所述第一关节臂或所述第二关节臂表面加热至所述混合材料的固化温度，使其发生熔结交联反应并完全固化；以及生成耐磨涂层：熔渗剂和环氧树脂粉末在熔融状态时充分渗透进硬质镍基，并与硬质
镍基内的金属键结合产生机械嵌合，熔渗时间为1-2小时，其结合力为30mpa-100mpa。10.根据权利要求9所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：采用等离子喷涂，所述等离子喷涂的工艺参数为：喷涂电流300-400a，喷涂电压20-40v，送粉流量0-450l/min。

技术总结
本申请涉及一种涂层机器人关节机构、耐磨涂层及涂层制备方法，涉及机器人技术领域，关节机构包括第一关节臂、第二关节臂、缓冲组件及耐磨涂层，第二关节臂转动连接于第一关节臂，第二关节臂相对于第一关节臂转动连接形成两个枢转点；缓冲组件设置于第一关节臂和第二关节臂之间，耐磨涂层涂设于所述第一关节臂表面或第二关节臂表面；其中，当第一关节臂能够围绕两个枢纽点连成的第一轴线转动时，第一关节臂能够朝向第二关节臂的方向压缩缓冲组件。当第一关节臂转动时，第一关节臂能够朝向第二关节臂的方向压缩缓冲组件，缓冲组件能够减小第一关节臂至第二关节臂的冲击力，提升关节机构使用寿命，降低了机器人关节的磨损程度。降低了机器人关节的磨损程度。降低了机器人关节的磨损程度。


技术研发人员：刘锡尧 齐飞 朱焦杰 高书苑 李一芒
受保护的技术使用者：常州慧飞智能装备有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/8