本發(fā)明屬于微滴噴射領域，具體涉及一種微滴噴射機器人，通過按需供料的方式實現對任意三維立體實體的微滴噴射功能。

背景技術：

微滴噴射是用外力迫使成形材料以微細液滴(或液流)的形式從噴頭容腔的小孔(噴嘴)射至底材上，形成二維圖(形)文(字)、點陣或三維實體。所謂“微細液滴”是指噴射的液滴尺寸可精確控制至微米(um)數量級水平的液滴，其體積可控制在微升(ul)、納升(nl)、皮升(pl)，甚至飛升(fl)數量級水平。對于現有的微滴噴射技術來說，對于基于平面的微滴噴射如噴墨打印，3d打印，已成為較為成熟的技術，例如在平整的紙張，皮革，塑料等材料上進行微滴噴射自由成形已被廣泛應用。而對于針對已有產品表面進行微滴噴射自由成形的設備目前還未見到有產品上市，即便有一些設備也僅能進行垂直噴射，僅可以在x,y平面內進行聯(lián)動，對于一些立面，曲面，則多采用的是手工上色、點樣、粘接等方式。這種方式影響了產品批量生產的效率和質量，因為對于任意曲面微滴噴射自由成形的需求，近年來已經非常緊迫。

技術實現要素：

為了解決背景技術黃總存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種能夠對平面及立體產品進行微滴噴射自由成形、且體積小，但工作范圍大適應性廣的微滴噴射機器人。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明的微滴噴射機器人包括控制系統(tǒng)、機械運動結構和微滴噴射系統(tǒng)及氣動平衡系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)同步實施運動控制和微滴噴射控制；所述機械運動結構為多自由度的機械結構，實施空間內多個自由度的運動功能；所述微滴噴射系統(tǒng)，安裝在機械運動結構上，采用至少兩個具有獨立伸縮且可以按需供料功能的噴頭實現微滴噴射功能；所述氣動平衡控制系統(tǒng)，根據工作噴頭的氣壓變化控制噴頭內外部的氣壓達到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會出現多噴或少噴。

一種實施方式中，本發(fā)明的機械運動結構包括底座、回轉座、第一擺動臂、第二擺動臂、回轉臂和第三擺動臂，所述回轉座設置在底座上，所述第一擺動臂設置在回轉座上，所述第二擺動臂設置于第一擺動臂的另一端，所述回轉臂設置在第二擺動臂上，所述第三擺動臂設置在回轉臂上。

一種實施方式中，本發(fā)明的微滴噴射噴頭系統(tǒng)設置在擺動臂前端；所述微滴噴射噴頭系統(tǒng)包括所述微滴噴射系統(tǒng)包括轉軸、轉動體和推送機構，所述轉動體上設有至少兩個噴頭安裝孔，所述轉動體繞轉軸轉動，通過轉動體的轉動任一噴頭安裝孔可運動至推送機構處，所述推送機構用于將該任一噴頭安裝孔中的噴頭推送噴頭安裝孔或將該任一噴頭安裝孔中的噴頭收回至噴頭安裝孔中；

一種實施方式中，本發(fā)明的氣動平衡系統(tǒng)包括傳感元件、氣壓控制元件、氣液瓶、氣管和導液管，所述傳感元件設置在氣液瓶內，所述氣管與氣液瓶連接；所述導液管聯(lián)通氣液瓶與微滴噴射系統(tǒng)。

一種實施方式中，本發(fā)明的機械運動結構包括底座、回轉座、擺動臂、擺動臂、回轉臂和擺動臂，所述回轉座設置在底座上，所述第一擺動臂設置在回轉座上，所述第二擺動臂設置于第一擺動臂的另一端，所述回轉臂設置在第二擺動臂上，所述第三擺動臂設置在回轉臂上；所述氣動平衡系統(tǒng)包括傳感元件、氣壓控制元件、氣液瓶、氣管和導液管，所述傳感元件設置在氣液瓶內，所述氣管與氣液瓶連接；所述導液管聯(lián)通氣液瓶與微滴噴射系統(tǒng)；所述第三擺動臂和回轉臂中設有導液管放置通孔。

本發(fā)明同時還提供了機器人微滴噴射控制方法，所提供的方法包括：

步驟一，生成加工文件：

(1)根據待噴涂圖像獲取工作噴頭運動軌跡文件，將工作噴頭運動軌跡文件進行插補，獲得工作噴頭運動插補軌跡；

(2)生成待噴涂圖像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息為顏色信息或材質信息；

(3)提取造型文件中各位置點的造型信息，獲取工作噴頭運動插補軌跡中各位置點對應的造型信息；

所述加工文件包括：工作噴頭運動插補軌跡、工作噴頭運動插補軌跡中各位置點對應的造型信息；

步驟二，根據工作噴頭運動插補軌跡設定工作噴頭的進給速度和工作噴頭的初始氣壓調平；

步驟三，根據工作噴頭運動插補軌跡中目標點的軌跡信息和工作噴頭的進給速度控制微滴噴射機器人運動，使得工作噴頭到達目標點；

步驟四，判斷是否到達目標點，如到達執(zhí)行步驟五，如未到達執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據工作噴頭運插補軌跡中目標點的造型信息、噴頭工作電壓信息對該位置點進行噴涂；同時根據工作噴頭的氣壓變化控制噴頭內外部的氣壓達到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會出現多噴或少噴；

步驟六，判斷目標點是否為終點，如果是，結束工作，如不是，重復執(zhí)行步驟三-六。

本發(fā)明優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明可實現對基于平面和曲面的產品進行全方位無死角的微滴噴射自由成形。多自由臂協(xié)同作用，為微滴噴頭提供了更多自由度，工作形式更加靈活，可直接讓圖文立體造型更便捷的作用于物品上，實現微滴噴射全方位無死角的工作。

(2)本發(fā)明氣動平衡系統(tǒng)可以讓噴頭在高低俯仰之間的姿態(tài)變化更加自由，不會因為高度改變而發(fā)生斷料的現象。

(3)本發(fā)明采用了微滴噴射噴頭系統(tǒng)來實現微升(ul)、納升(nl)、皮升(pl)，甚至飛升(fl)級的精密噴涂，同時可以實現多種材質的液滴通過不同的噴頭采用疊印的方式以獲得更為復雜的噴射效果，方便用于復雜電子電路制造、特殊醫(yī)藥試劑點樣、特殊化學試劑點樣、精細化學合成等眾多應用場合，尤其配上機器人的復雜且精密運動功能，更適合有效提升在這些領域的應用效果。

附圖說明

圖1-2為本發(fā)明裝置的結構參考示意圖；

圖3為本發(fā)明的控制方法流程圖；

圖4為實施例2的待噴涂圖像；

圖5為實施例3的待噴涂圖像。

具體實施方式

本發(fā)明所述“提取造型文件中相應位置點的顏色信息或材質信息，獲取工作噴頭運動插補軌跡中各位置點對應的顏色信息或材質信息的方法”采用zl201010614184.2中所公開的方法。

本發(fā)明可以根據工作需要增加機器人的轉動臂增加自由度，也可以通過增加轉頭，滑軌，增加工件加工適應性。

本發(fā)明的造型信息包括顏色信息、材質信息等。

本發(fā)明的微滴噴射系統(tǒng)具體實施方式可參考cn201610349645.5公開的技術實現采用至少兩個具有獨立伸縮且可以按需供料功能的噴頭實現微滴噴射功能。

本發(fā)明的控制方法實施過程中可采用cam軟件對待噴涂的圖像編程獲取工作噴頭運動軌跡文件，將工作噴頭運動軌跡文件進行插補，獲得工作噴頭運動插補軌跡。

本發(fā)明的控制方法實施過程中可采用造型軟件生成待噴涂的圖像的造型文件，所述造型文件中包含造型信息，所述造型信息為顏色信息或材質信息。

以下是發(fā)明人提供的具體實施例，以對本發(fā)明的技術方案做進一步解釋說明。

實施例1：

該實施例的微滴噴射機器人包括控制系統(tǒng)、機械運動結構和微滴噴射系統(tǒng)及氣動平衡系統(tǒng)；其中的控制系統(tǒng)同步控制運動控制和微滴噴射控制；

如圖1-2所示，機械運動結構包括底座1、回轉座2、擺動臂3、擺動臂4、回轉臂5、擺動臂6，可以根據需要底座選配回轉工作臺或移動滑軌；回轉座2設置在底座1上，可以繞縱向軸自由轉動；擺動臂3設置在回轉座1上，并可以圍繞連接點自由擺動；擺動臂4設置于擺動臂3的另一端，且可以繞連接點自由擺動；回轉臂5設置在擺動臂4上，且可繞接觸面的法向軸自由轉動；擺動臂6設置在回轉臂5上，可繞連接點自由擺動；

如圖2所示，微滴噴射噴頭系統(tǒng)12設置在擺動臂6前端內置轉盤的容腔內；所述內置轉盤軸向開設有至少2個相互并行的且沿圓周均布的噴頭容腔；根據工作需要，噴頭16可為電場偏轉式、閥控式、熱泡式、壓電式、靜電式等形式；工作過程中，轉盤13轉動將工作噴頭帶到氣缸14同一軸向上，氣缸通過推桿15驅動噴頭16運動；

氣動平衡系統(tǒng)則將傳感元件設置在氣液瓶11內，氣壓控制元件8安置在回轉座2上，通過氣管9與氣液瓶11連接；擺動臂4和回轉臂5中有導液管10放置通孔，導液管與各噴頭聯(lián)通；外漏的導液管10外設有套管7。啟動平衡控制工作流程如下：因為瓶內壓力p變化會引起傳感器輸出電壓v發(fā)生改變，通過24位ad采集傳感器反饋的電壓v，系統(tǒng)算出瓶內壓力p，并與設定值ps進行比對若∣p-ps∣≤2mb則不進行調節(jié)，若不是則通過電子壓力控制器進行增/減壓力調節(jié)。

另外一種實施方案中，在上述方案的基礎上，擺動臂4內需有為圓角過渡的液管通道，電機/減速機可與回轉軸同軸安裝在擺動臂內部或外部，也可通過齒輪帶輪等傳動方式達到這一目的；圓角的設計是為了保護液管不被棱角碰傷，卡死，導致無法正常輸液。

該實施例中的，回轉座2的工作范圍或方向是正負360°，擺動臂3的工作范圍或方向是正負360°，擺動臂4的工作范圍或工作方向是正負360°，回轉臂5的工作范圍或工作方向是正負360°，氣液瓶11的作用是用來儲存液體狀待噴材料，液體材料儲存在氣液瓶內，氣體充入氣液瓶內將氣液瓶內液體壓至噴嘴。

實施例2：

該實施例是給圖4所示圖噴涂顏色，四個噴頭中分別裝有cmyk四種顏色?？刂品椒ㄈ缦拢?/p>

參考圖3，整個控制過程是逐點噴射，例如圖4中所示的任意點a:

步驟一，生成加工文件：

所述加工文件包括工作噴頭運動插補軌跡、工作噴頭運動插補軌跡中的各點對應的顏色信息：

(1)采用cam軟件(如ug)對所要噴涂的圖4編程獲取工作噴頭運動軌跡文件，將工作噴頭運動軌跡文件進行插補，獲得工作噴頭運動插補軌跡，；

(2)采用造型軟件(如3dmax)生成圖4的包含顏色信息的造型文件(此造型文件與編程所用文件的坐標系一致)。

(3)通過工作噴頭運動插補軌跡提取包含有顏色信息的造型文件中相應位置點的顏色信息，使得工作噴頭運插補軌跡中的各點與造型文件中的顏色信息一一對應(也就是每一個點對于cmyk中的其中一種顏色)；

步驟二，根據工作噴頭運動插補軌跡設定工作噴頭的進給速度(圖4中平面噴涂的進給速度為2m/min，復雜曲面的進給速度為0.5-2m/min，具體根據曲面復雜程度人為設定)和工作噴頭的初始氣壓調平(1.2kpa±2，根據噴頭與墨瓶的相對高度設定控制氣壓)和噴頭工作電壓值(70v)及電壓動作時間(20μs)(通過在高速相機下進行噴射試驗確定電壓值及動作時間并手動輸入系統(tǒng)中)；

步驟三，根據工作噴頭運動插補軌跡中目標點a的軌跡信息(4,5,7)和工作噴頭的進給速度(2m/min)控制機器人各臂運動，使得工作噴頭到達目標點a；

步驟四，判斷是否到達目標點a，如到達執(zhí)行下一步，如未到達執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據工作噴頭運插補軌跡中點a對應的顏色信息(c：青色)、噴頭工作電壓信息(70v)對該點進行噴涂；同時根據工作噴頭的氣壓變化(1.2kpa±2)控制噴頭內外部的氣壓達到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會出現多噴或少噴的問題；

步驟六，判斷目標點a是否為終點，如是結束工作，如不是，重復執(zhí)行步驟三-六。

實施例3：

該實施例是給電路板噴射導電溶液，2個噴頭中分別裝有導電材料(cntsuspension)和絕緣材料(浸漬漆)。

步驟一，生成加工文件：

所述加工文件包括工作噴頭運動插補軌跡、工作噴頭運插補軌跡中的各點對應的材質信息(所述材質信息為導電材料或絕緣材料)：

(1)采用cam軟件(如ug)對所要噴涂的圖5編程獲取工作噴頭運動軌跡文件，將工作噴頭運動軌跡文件進行插補，獲得工作噴頭運動插補軌跡，；

(2)采用造型軟件(如3dmax)生成圖5的包含材質信息的造型文件(此造型文件與編程所用文件的坐標系一致)。

(3)通過工作噴頭運動插補軌跡提取包含有材質信息的造型文件中相應位置點的材質信息，使得工作噴頭運插補軌跡中的各點包含有材質信息的造型文件中的材質相互對應；

步驟二，根據工作噴頭運動插補軌跡設定工作噴頭的進給速度(圖5中平面噴涂的進給速度為1.5m/min，復雜曲面的進給速度為0.5-1.5m/min，具體根據曲面復雜程度人為設定)和工作噴頭的初始氣壓調平(5kpa±2，根據噴頭與墨瓶的相對高度設定控制氣壓)和噴頭工作電壓值(100v)及電壓動作時間(20μs)(通過在高速相機下進行噴射試驗確定電壓值及動作時間并手動輸入系統(tǒng)中)；

步驟三，根據工作噴頭運動插補軌跡中目標點a的軌跡信息(5，9,10)和工作噴頭的進給速度(1.5m/min)控制機器人各臂運動，使得工作噴頭到達目標點b；

步驟四，判斷是否到達目標點b，如到達執(zhí)行下一步，如未到達執(zhí)行步驟三；

步驟五，根據工作噴頭運插補軌跡中點b對應的材質信息(cntsuspension)、噴頭工作電壓信息(100v)對該點進行噴涂；同時根據工作噴頭的氣壓變化(5kpa±2)控制噴頭內外部的氣壓達到平衡，確保噴射狀態(tài)穩(wěn)定，不會出現多噴或少噴的問題；

步驟六，判斷目標點b是否為終點，如是結束工作，如不是，重復執(zhí)行步驟三-六。