具有用于不同的涂覆器的连接单元的涂覆机器人

摘要

本发明涉及一种用于给物体(18)涂装的涂覆机器人的涂覆器连接单元，所述涂覆器连接单元具有用于涂覆器(42)的供给管路(50)。涂覆器(42)能够以将涂覆器(42)的工作管路(54)与涂覆器连接单元(40)的供给管路(50)连接的方式固定在所述涂覆器连接单元(40)上。涂覆器连接单元(40)作为适配单元(58)这样设计，使得第一操作类型的涂覆器(46)和第二操作类型的涂覆器(48)能够以可拆卸和可更换的方式固定在涂覆器连接单元(40)上。此外本发明还涉及一种涂覆机器人和用于涂装物体的系统，在该系统中使用了这样的涂覆器连接单元。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于涂装物体的涂覆机器人的涂覆器连接单元，所述 连接单元具有用于涂覆器的供给管路，所述涂覆器能够以将涂覆器的工作 管路连接到涂覆器连接单元的供给管路上的方式固定在所述连接单元上。

本发明此外还涉及一种用于涂装物体的涂覆机器人——具有机器人臂 和由机器人臂支承的用于涂覆器的涂覆器连接单元，以及一种用于涂装物 体的系统——该系统具有涂装室，在该涂装室中设有至少一个这样的涂覆 机器人。

背景技术

这种类型的涂覆机器人尤其在喷漆系统中用于给车身喷漆/喷涂料，但 也可以用于给其他物体进行的其他涂装。例如，利用这种涂覆机器人还可 以向物体上涂覆粘结材料、清洁液体或其他清洁介质或者防护涂装。

这种涂覆机器人通常是多轴的，本身带有涂覆单元，由于其多轴性所 以可以准确遵循待涂装的物体的轮廓。在已知的涂覆机器人中，涂覆单元 具有涂覆器连接单元和实际的涂覆器。

涂覆器连接单元在此具有连接法兰，涂覆器旋紧在该连接法兰上，同 时涂覆器的工作管路在此与涂覆器连接单元的与之功能互补的供给管路连 接。涂覆器连接单元的供给管路和涂覆器的工作管路可以是输送流体—— 例如漆或压缩空气的管路，或者另一方面还可以是例如电线。总体上讲， 通过涂覆器连接单元的供给管路可以向所述涂覆器输入其操作所需的全部 工作介质。

已知的涂覆器连接单元与特定操作类型的特定涂覆器相适配，并具有 所有为此所需的供给管路。在出现涂覆器故障或失灵时，可以由工人手动 地将涂覆器从连接法兰上卸下并替换成同样操作类型的、与所存在的涂覆 器连接单元的供给管路相适配的涂覆器。

但是存在各种类型的、以不同操作类型操作的涂覆器。传统的不同操 作类型的涂覆器在给物体喷漆方面例如是静电操作的高速转动式喷雾器和 液压操作的喷枪。在此通过输送清洁介质的方式用于清洁物体或涂装室结 构件的涂覆器也可以被称作是喷枪。

根据待涂装的物体或者所要追求的涂装结果，这也包括清洁效果，在 涂装过程中，可以发生应该或必须使用不同操作类型的多个喷涂器的情况。

如果现在要将第一操作类型的涂覆器替换成第二操作类型的涂覆器， 那么为此必须更换作为结构单元的已知的涂覆单元。在必要时，还需要对 涂覆机器人采取其他措施以便使其通向涂覆器连接单元的管路与工作方式 不同的、带有不同工作方式涂覆器的涂覆单元相匹配。

但是这种改变成本很高且耗费时间，并且相应使涂装设备进入所不期 望的停机时间。本发明的任务是，克服这种缺点。

发明内容

该任务在开头所述类型的涂覆器连接单元中这样实现：

涂覆器连接单元作为适配单元这样设计，使得第一操作类型的涂覆器 和第二操作类型的涂覆器能够以可拆卸和可更换的方式固定在涂覆器连接 单元上。

因此，优选可以自动用第二操作类型的涂覆器来更换第一操作类型的 涂覆器。也就是说，无需工人手动干预就可以涂覆器的更换。为此需要至 少一个可相应自动化操作的联接装置。由于所述涂覆器连接单元这样能够 保留在涂覆机器人上，并且能够只更换涂覆器，所以与在已知的涂覆器单 元中相比，所述涂覆器更换可以整体上更快并且耗费更少地进行。

所述涂覆器连接单元的供给管路原则上可以只布置给唯一一种操作类 型的涂覆器。对于第二操作类型的涂覆器，所述涂覆器连接单元然后可以 作为支承引导单元起作用——如果能够从外部向该涂覆器供给所需工作介 质的话。这一点将在下面说明书中进一步详述。

但是，特别有利的是：

a)所述供给管路包括具有用于第一操作类型的涂覆器的供给管路的第一 供给组和至少一个具有用于第二操作类型的涂覆器的供给管路的第二供给 组；

b)所述涂覆器连接单元具有连接装置，通过该连接装置能够选择性地使涂 覆器连接单元的供给管路封闭或者根据功能与涂覆器的工作管路连接。

不言而喻，所述涂覆器连接单元在此情况下还必须要与相应的供给 源——无论是流体源还是能量源——连接，为此在机器人臂和涂覆机器人 的其余部件中必须存在相应的输入管路。但是通过这样的涂覆器连接单元 使得能够快速有效地进行不同操作类型的两个涂覆器之间的更换。

如果所述连接装置包括具有连接管路的适配机构，那么无需很大控制 成本就可以实现涂覆器与涂覆器连接单元之间的可靠连接，所述适配机构 可以占据至少两个连接位置，并在第一连接位置上将第一连接组的连接管 路与第一供给组的供给管路连接，在第二连接位置上将第二连接组的连接 管路与第二供给组的供给管路连接，此外还在更换位置上使涂覆器连接单 元的所有的供给管路封闭。

有利的是，所述适配机构设计为可转动地支承的转动板，该转动板限 定涂覆器连接单元的连接输出侧。

还涉及不同涂覆器在涂覆器连接单元的固定方面的是，设有联接装置 是有利的，该联接装置设计得与涂覆器上的固定装置互补。

这一点例如可以由此实现，即将所述联接装置设计为卡接机构的插接/ 转动件。该卡接机构的互补件然后位于要与涂覆器连接单元共同作用的不 同的涂覆器上。

如果所述适配机构具有联接装置，那么可以将涂覆器在涂覆器连接单 元上的固定与所需管路的连接有利地相关联。

在开头所述类型的涂覆机器人方面，通过所述涂覆器连接单元具有一 些或者全部的上述特征，用相同的优势实现了上面所述任务。

上述说明内容在意义上同样适用于开头所述类型的系统——如果其涂 覆机器人安装了这种涂覆器连接单元的话。

在该系统中还有利的是，在涂装室中设有至少一个更换站，通过该更 换站提供第一操作类型的至少一个涂覆器和第二操作类型的至少一个涂覆 器。从而可以在进行所需要的更换时自动抓取/采用位于更换站中的所需的 涂覆器。

有利的是，更换站被设计为更换闸，并具有闸元件，该闸元件将涂装 室与位于涂装室外部的工作区域分开。

这一点尤其是在所更换的涂覆器要被换上或者是要被另一个预先保留 的涂覆器换下时是有利的，因为可以无需工人进入到操作室的通常被加载 的环境中就可以实施所需的措施。

附图说明

下面借助附图详述本发明的实施例。附图示出：

图1示出喷漆室的示意性水平剖视图，在该喷漆室中设有喷漆机器人， 该喷漆机器人这样布置，使得由喷漆机器人所支承的喷漆单元能够被自动 更换；

图2示出图1的喷漆室的示意性竖直剖视图；

图3示出喷漆机器人手部区段的示意性局部透视图，该喷漆机器人支 承着高速转动式喷雾器形式的第一操作类型的涂覆器；

图4示出喷漆机器人手部区段的示意性局部透视图，该喷漆机器人支 承着喷枪形式的第二操作类型的涂覆器；

图5示出喷漆机器人手部区段的局部剖视图，在该图中可以看到设计 为适配单元的涂覆器连接单元的连接输出侧以及涂覆单元的连接输入侧；

图6A和6B示出涂覆机器人的涂覆器连接单元和适配单元的适配机构 的俯视图；

图6C、6D、6E示出涂覆器连接单元的连接输出侧的俯视图，其中所 述适配机构占据了不同的连接位置。

具体实施方式

首先参照图1。图中示出了带有涂装室12的涂装系统10，该涂装系统 在本实施例中设计为带有喷漆室16的喷漆系统14。其中给示意性地示出 为矩形的物体18提供漆/涂料形式的涂装介质。物体18尤其是车身20或 车身零件。

图1示出了喷漆室16的室顶棚下方的区段的水平剖视图，在该水平剖 视图中未示出该室顶棚。喷漆室16具有两个平行的侧向室壁22，它们在 未再示出的区域中被端面封闭，在端面处以已知方式设有用于物体18的门 或闸。喷漆室16的底部基本由格栅24构成。喷漆室16向上由空气室以已 知的方式终止，从该空气室中向喷漆室16的内室中引入经调节后的空气。

借助于输送系统26将待喷漆的物体18在持续或间歇运动中输送通过 喷漆室16的内室，例如在图1中从左向右。输送系统26的类型在本发明 情况下并不要重要。在喷漆室16中借助于涂覆系统28给待涂装的物体14 涂装。

为此，涂覆系统28在物体14在输送系统26上的运动路径两侧都具有 几个涂覆机器人30。为了举例说明涂覆机器人可以具有不同结构形式，在 物体18的运动路径的每侧都分别示出了两个多轴的铰接臂机器人32和一 个多轴的工业机器人34。

涂覆机器人30各自具有可动的机器人臂36，在该机器人臂的自由端 分别支承着涂覆单元38。这种涂覆单元38具有涂覆器连接单元40和与之 联接的涂覆器42，该涂覆器因此在机器人臂36的自由端被引导。这一点 可在图3和图4中很好看出，图3和图4分别以更大的比例尺示出了机器 人臂36的手部区段44。涂覆器连接单元40在下面被简称为连接单元40。

作为对不同操作类型的涂覆器42的示例，图3中示出了静电工作的高 速转动式喷雾器46，图4中示出了液压操作的喷枪48,该喷枪用于漆涂覆。 对这种类型的高速转动式喷雾器和喷枪本身并未、也不必进行详细描述。 其他类型的涂覆器42例如是用于涂覆其他不同于漆的涂装的涂覆器，例如 保护层形式的涂装。还可以设有用于输送清洁介质并且本身用于物体18 或者还有涂覆机器人30的清洁的涂覆器42。

在每种情况下都经由连接单元40给相应涂覆器42供给其运行所需的 全部的工作介质。这不仅包括像漆或压缩空气等流体介质，必要时还包括 电能供给。

为此，在连接单元40中分布着供给管路50，这些供给管路终端位于 连接单元40的连接输出侧52中。涂覆器42在该处与连接单元40联接， 其中所述供给管路50与相应的工作管路54连接，所述工作管路延伸通过 涂覆器42，并且可经由涂覆器42的连接输入侧被接近。

在本发明的实施例中，供给管路50分布在连接单元40内部。但是也 可以将这些供给管路50设计为暴露的、必要时可从外部接近的管路。

涂覆机器人30在这里被这样布置，使得由涂覆机器人所支承的涂覆单 元42能够被自动更换。尤其是可以将第一操作类型的涂覆器42，例如高 速转动式喷雾器46更换为第二操作类型的涂覆器42，例如喷枪48，反之 亦然，而无需为此更换或改变连接单元40。

为此将所述连接单元40设计为适配单元58，从而在同一连接单元40 的连接输出侧52能够将带有不同工作管路54的不同涂覆器与连接单元40 中的所需的供给管路50连接。

为使高速转动式喷雾器46运行，必须向高速转动式喷雾器至少供给例 如待涂覆的漆、压缩空气(该压缩空气作为用于形成特定喷射特征的转向 空气使用)以及高压。相应地，在该高速转动式喷雾器中分布着至少一个 漆管路60、压缩空气管路62和高压管路64作为工作管路54。而喷枪48 需要至少一种待涂覆的漆和压缩空气，该压缩空气在此情况下起到喷雾空 气的作用。为此该喷枪48具有作为工作管路54的至少一个漆管路66和压 缩空气管路68。图3和图4中对所有的管路60、62、64、66和68仅示意 性地示出了局部。

多条供给管路在此延伸通过用于高速转动式喷雾器46的连接单元40， 这些供给管路中的多个分别构成供给组50a和供给组50b。每个供给组50a、 50b都与特定操作类型的涂覆器42互补。作为例子，在此所述第一供给组 50a与高速转动式喷雾器匹配，第二供给组50b与喷枪48匹配。

第一供给组50a的供给管路50包括漆管路60’、压缩空气管路62’和 高压管路64’，而第二供给组50b的供给管路50包括漆管路66’和压缩空 气管路68’。附图标记连同虚线对应了高速转动式喷雾器46或48的漆管路 60或66、压缩空气管路62或68和高压管路64的附图标记。由此示出了 在运行过程中，在连接单元40中的哪一管路必须与高速喷雾器46或喷枪 48的哪一管路连接。

在连接单元40中的供给组50a、50b的供给管路50在远离连接输出侧 52的一个位置上以已知并因此并未具体示出的方式由相应的漆源、压缩空 气源和高压源供给。

如上所述，连接单元40是适配单元58的一部分，使得不同操作类型 的不同涂覆器都能与同一连接单元40联接并且无需更多变型措施就能够 在同一涂覆机器人30上运行。

为此，所述适配单元58具有联接装置70，利用该联接装置能够将涂 覆器42以可自动拆卸的方式固定在连接单元40上。此外，所述适配单元 58具有连接装置72，利用该连接装置能够选择性地使连接单元40的供给 管路50封闭或者根据功能与涂覆器42连接。利用连接装置72能够将连接 单元40中的相应的供给管路50与存在于特定涂覆器40中的相应的工作管 路52连接并且使不被需要的供给管路50封闭。

在本发明实施例中，联接装置70和连接装置72的所述功能都集中在 唯一的适配机构74中。该适配机构74在此具体设计为转动板76，该转动 板设置在连接单元76的自由端上，并且限定了连接单元40或机器人臂36 的连接输出侧52。

转动板76可转动地被支承并且能够借助于电机/马达80绕仅在图5中 示出的转轴78转动，所述电机安装在连接单元40中。转轴78在此情况下 与连接单元40的纵轴同轴走向。

在一种未具体示出的变型方案中，所述联接装置70和/或连接装置72 的运动也通过单独的驱动装置或通过机器人臂36的运动过程进行。

联接装置70与涂覆器42上的固定装置互补地设计，从而能够将不同 的涂覆器46和68固定在连接单元40上。在本发明的实施例中，连接装置 40的联接装置70设计为卡接机构84的插接/转动件82，其互补的保持件 86位于相应的涂覆器42上。

所述插接/转动件82位于转动板76的朝向涂覆器42的外侧上。此外， 所述联接装置还具有两个固定销88，它们在径向上在转动板76附近从连 接单元40伸出，并能够埋入到位于涂覆器42的连接输入侧56上的与之互 补的盲孔90中。

为了将机器人臂36与涂覆器42联接，使所述机器人臂36的连接输出 侧52向着所述涂覆器42的连接输入侧56同轴运动并且这样对准，使得连 接单元40的固定销88埋入到盲孔90中并且使卡接机构84的插接/转动件 82埋入到其在涂覆器42上的保持件86中。转动板76这时被电机驱动转 动，其中通过固定销88保持所述涂覆器42相对于机器人臂36的位置的固 定。在转动板76转动时，所述卡接机构84被闭锁，涂覆器42止动/锁定 在机器人臂36上。

同时，在转动板76转动时，在连接单元40中的相应的供给组50a、 50b与所选择的涂覆器42的相应的工作管路54连接。

为此，转动板76具有多个连接管路92，这些连接管路在本发明的实 施例中设置成两组连接组92a、92b。第一连接组92a具有漆管路60”、压 缩空气管路62”和高压管路64”。第二连接组92b具有漆管路66”和压缩 空气管路68”。

附图标记连同一条或两条虚线对应了高速转动式喷雾器46、喷枪48 或连接单元40的漆管路60、60’或66、66’、压缩空气管路62、62’或68、 68’和高压管路64、64’。由此再次示出，在运行中，在转动板76中的哪一 管路应与连接单元40或高速转动式喷雾器46或喷枪48的哪一管路连接。

因此在设计和布置方面，所述转动板76的第一连接组92a的管路60”、 62”和64”与所述高速转动式喷雾器46或所述连接单元40的漆管路60、 60”、所述压缩空气管路62、62”和所述高压管路64、64”互补。所述转动 板76的第二连接组92b的管路66”和68”相应地在其设计和布置方面与所 述喷漆48或连接单元40的漆管路66、64’和压缩空气管路68、68’互补。

但连接组92a、92b在此这样定位，使得在第一连接位置上，所述第一 连接组92a的连接管路92与连接单元40中的第一供给组50a的供给管路 50连接，而所述第二供给组50b的供给管路50则在连接单元40中被转动 板76密封锁紧。

这一点借助于图6A至6E示出。图6A和6B以单独的俯视图再次示 出连接单元40和转动板76。图中可以看出连接单元40的供给组50a、50b 和固定销88,以及转动板76的连接组92a、92b和插接/转动件82。出于 清晰性原因图6C至6E中不再给各单独管路设有各自的附图标记，而是仅 示作是供给组50a、50b或连接组92a、92b。

图6C中示出了上述第一连接位置，其中可以看出显示内部的透视图 形式的喷枪48的第二供给组50b的封闭的管路。

在图6E中所示从第二连接位置上，转动板76的第二连接组92的管 路与连接单元40中的第二供给组50b的管路连接，并且其第一供给组50a 被转动板76封闭。通过在此未具体示出的相应地密封、润滑或隔离介质， 确保了与所不需要的管路的断开连接。

转动板76的在图6D中可以看出的更换位置上，连接单元40的两个 供给组50a、50b都被封闭。连接单元40的供给组50a、50b可再次在显 示内部的透视图中看出。在转动板76的该更换位置上，其插接/转动件82 可以分别埋入到在涂覆器42上的相应的保持件86中，或者从该保持件中 移出来——如就像在更换涂覆器42所必需的那样，所述机器人臂36和涂 覆器42被定位成使得连接单元40上的固定销88同轴对准所述涂覆器42 的盲孔90。

在本发明的实施例中，所述高速转动式喷雾器46和喷枪48与连接单 元40的不同的压缩空气管路62’或68’匹配。如果不同的涂覆器42具有功 能上类似的工作管路54，那么这些管路还可以由连接单元40的同一供给 管路50供给。连接组92a、92b则相应设置。

在同样未具体示出的一种变型方案中，可以存在多于两组供给组50a、 50b的供给组，使得所述连接单元40用作比第一和第二操作类型的涂覆器 数量更多的不同涂覆器42的适配单元50。在此情况下，所述适配机构70 以转动板76的形式占据多于两个的连接位置，其中然后在更换位置上再次 封闭所有的供给管路50。

在另一未具体示出的变型方案中，所述连接装置72例如还可由阀构 成，这些阀分配给连接单元40中的相应的供给管路40。通过为此而设的 控制件，可以这样根据需求单独或全部打开或封闭所述供给管路。

在图1和2中所示的喷漆室16中设有更换站94，其中可以暂时保留 不同操作类型的涂覆器42，其又以高速转动式喷雾器46和喷枪48形式示 出。图1中示例性示出了两个更换站94；原则上可以在每个涂覆机器人30 的运动区域和工作窗口中都设有一个更换站94。

第一交换站94设计为转动站96形式的更换闸，并且一体设置在所述 喷漆室16的室壁22中。所述转动站96具有作为闸元件的转动壁98，在 该转动壁的相对的(两)侧上分别设有涂覆器保持架100，所述涂覆器保 持架能分别容纳涂覆器42。在转动站96中，所述涂覆器保持架100中的 一者伸入到喷漆室16的内室中，而另一涂覆器保持架100则在工作区域 102中位于喷漆室16的外部。

在此，所述涂覆器保持架100可以装配有特定的涂覆器42，例如高速 转动式喷雾器46或喷枪48，该涂覆器然后在转动壁98转动后就可在喷漆 室16的内室中供使用，而无需工人进入喷漆内室。

第二更换站94作为位置不动的更换站104设置在喷漆室16的内室中， 并具有涂覆器保持架106，该涂覆器保持架在此提供了两个用于涂覆器42 的容纳位置。该涂覆器保持架106在一种变型方案中还可以容纳多个涂覆 器42并且例如以回转传送带形式设计。

上述适配单元58还可以单纯作为涂覆器42的更换单元起作用，为此 在连接单元40或机器人臂36中并不存在供给管路。在此情况下，上述连 接单元40只起到用于涂覆器42的支承和引导单元的作用。

这种涂覆器42然后在卡接机构84方面与连接单元40互补。尤其是在 此情况下在连接单元40中的供给组50a、50b和在转动板76中的连接组 92a、92b这样适配，使得转动板76能够转动到止动位置上，在该位置上 一方面使涂覆器42固定在机器人臂36上，但是却并不封闭在连接单元40 中的供给组50a、50b。

作为示例，图1和图2中示出了清洁涂覆器108，该清洁涂覆器通过 螺旋管路110供给所需的工作介质。作为清洁介质，例如可以使用作为干 冰的二氧化碳CO₂，为此要向清洁涂覆器108不仅输入CO₂，还输入压缩 空气。为此，上述螺旋管路110是双股式并且具有CO₂线和压缩空气线。 作为清洁涂覆器，例如还可以考虑刷子或类似物，以此来向待清洁的物体 上涂覆并且分配清洁流体。

例如可以作为清洁过程考虑的是，使用第一涂覆机器人30来去除第二 涂覆机器人30的粘着性的过喷涂料。但是，也可以利用清洁机器人来清洁 物体14。作为清洁介质还可以以清洁涂覆器108喷射分离或清洁介质。

作为涂覆器更换的示例，假设要以喷枪48自动更换在机器人臂36上 的高速转动式喷雾器46。为此，所述机器人臂36首先将高速转动式喷雾 器46引导至更换站94中的自由位置上。然后，转动板76由电机驱动转动 到其更换位置上，由此连接单元40中的所有供给管路50被封闭或者现有 的电接触被断开，并且高速转动式喷雾器46上的卡接机构84的保持件86 释放连接单元40上的插接/转动件82。然后所述机器人臂36在与固定销 88的轴平行的运动中将连接单元40从高速转动式喷雾器46拉开。机器人 臂36将连接单元40引向更换站94中的喷枪48，并使两者相向运动，直 至卡接机构84的部件82和86相互咬入/接合。这些构件的引导再次通过 连接单元40上的固定销和喷枪48上的盲孔90进行。转动板76由电机驱 动转动到其第二连接位置上，由此所述卡接机构84被锁紧，并使用于喷枪 48的供给管路50与其工作管路54连接。喷枪48这样即可供使用。

涂覆器42也可以不由多轴涂覆机器人30可动地引导，而是位置不动 且无自由度地保持在相应的支承结构上，该支承结构也可以支承着连接单 元40。在此情况下借助于多轴式手控机器人使待涂装的物体运动至涂覆器 42前。

这种被保持的涂覆器42的更换然后可以通过可动的更换单元进行，该 更换单元又可以设计为多轴式手控机器人，该手控机器人装配有抓取装置， 该抓取装置抓取涂覆器42并将其从连接单元40取下或者输送到连接单元。

因此总体而言，在两种更换方案中都进行了待更换的涂覆器42与更换 装置之间的相对运动。

连接单元40还可以具有传感器装置，通过该传感器装置能够获取所容 纳的涂覆器42的类型。这种传感器装置然后可以与涂覆控制器共同作用， 从而能够根据所使用的涂覆器42的类型来阻止工作介质被加载至不被需 要的供给管路50。