CN102528623B - 高空除锈机器人 - Google Patents
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Abstract
一种高空除锈机器人，涉及除锈设备技术领域，主要用于造船厂船舶制造的除锈设备，亦可用于大型钢结构工程如大型储油罐喷漆前除锈的高空除锈机器人。其特征在于：由手持部分和主机两部分构成，所述的手持部分通过UHF频段电波与主机通信连接，所述的主机由机身及连接在机身上的四肢、除锈组件、进给组件、电气控制箱构成。本发明可以象壁虎一样可以吸附在船舷上，由操作者通过无线遥控器控制上下左右爬行，操作方便，自动化程度高，除锈干净，危险度低。
Description
技术领域
本发明涉及除锈设备技术领域，具体涉及一种造船厂船舶制造的除锈设备，亦可用于大型钢结构工程如大型储油罐喷漆前除锈的高空除锈机器人。
背景技术
目前造船厂一般用喷砂除锈和手持砂轮机除锈，这些除锈方法有如下缺点：①能耗高；②浪费资源；③劳动强度大；④污染环境；⑤操作工人患职业病的可能性大；⑥效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单，操作方便，智能化程度高的高空除锈机器人。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
高空除锈机器人，其特征在于：由手持部分和主机两部分构成，所述的手持部分通过UHF频段电波与主机通信连接，所述的主机由机身及连接在机身上的四肢、除锈组件、进给组件、电气控制箱构成；
所述的四肢包括肩部、膝部、腿部、踝部及足部；
所述的肩部由设于机身左上端的左上肩部、右上端的右上肩部、左下端的左下肩部及右下端的右下肩部组成；
所述的左上肩部上设有左上肩电机，所述的右上肩部上设有右上肩电机，所述的左下肩部上设有左下肩电机，所述的右下肩部上设有右下肩电机；
所述的左上肩部与机身之间设置有左上肩刹车组件，所述的右上肩部与机身之间设置有右上肩刹车组件，所述的左下肩部与机身之间设置有左下肩刹车组件，所述的右下肩部与机身之间设置有右下肩刹车组件；
所述的膝部由设于机身右上部的右上膝、设于机身右下部的右下膝、设于机身左上部的左上膝及设于机身左下部的左下膝组成；
所述的右上膝通过膝电机转动轴连接有右上膝电机，所述的右下膝通过膝电机转动轴连接有右下膝电机，所述的左上膝通过膝电机转动轴连接有左上膝电机，所述的左下膝通过膝电机转动轴连接有左下膝电机；
所述的右上膝与右上膝电机之间设有右上膝刹车组件，所述的右下膝与右下膝电机之间设有右下膝刹车组件，所述的左上膝与左上膝电机之间设有左上膝刹车组件，所述的左下膝与左下膝电机设有左下膝刹车组件；
所述的右上膝通过腿部连接右上足，所述的右下膝通过腿部连接右下足，所述的左上膝通过腿部连左上足，所述的左下膝通过腿部连接左下足；
所述的左上肩电机通过肩电机转动轴与左上膝连接，所述的右下肩电机通过肩电机转动轴与右下膝连接，所述的右上肩电机通过肩电机转动轴与右上膝连接，所述的左下肩电机通过肩电机转动轴与左下膝连接；
所述的右上足连接有右上踝电机及右上踝刹车组件，所述的右下足连接有右下踝电机及右下踝刹车组件，所述的左上足连接有左上踝电机及左上踝刹车组件，所述的左下足连接有左下踝电机及左下踝刹车组件；
所述的足部包括电磁铁、设于电磁铁两侧的接近开关及设于电磁铁上端的霍尔传感器构成，霍尔传感器用于检测电磁铁是否正常工作，接近开关用于检测足的底面是否平行于船舷。足部的作用是把主机部分牢固的吸附在船舷上。
所述的除锈组件包括除锈组件支架，设于除锈组件支架上的除锈电机，所述的除锈电机通过除锈刷轴连接有除锈刷，所述的除锈刷轴通过连杆还连接有除锈电磁铁；
所述的进给组件包括设于机身上端的进给电机，所述的进给电机通过链条连接有两个链轮，所述的链轮分别连接有丝杆，所述的丝杆连接除锈组件，所述的丝杆设于机身内，所述机身的上下一侧分别设有两个限位开关和两个极限开关。
本发明的有益效果是：本发明可以象壁虎一样可以吸附在船舷上，由操作者通过无线遥控器控制上下左右爬行，操作方便，自动化程度高，除锈干净。
附图说明
图1是本发明主机主视图；
图2是本发明主机右视图；
图3是本发明主机左视图；
图4是本发明主机俯视图；
图5是本发明足部仰视图；
图6是本发明主机主程序流程图；
图7是图6的初始化程序流程图；
图8是本发明全面初始化流程图；
图9是本发明显示和通讯初始化子程序流程图；
图10是发明四肢初始化子程序流程图；
图11是发明进给组件初始化流程图；
图12是发明除锈组件初始化流程图；
图13是发明10ms定时处理流程图；
图14是发明20ms定时处理流程图；
图15是发明60ms定时处理流程图；
图16是发明120ms定时处理流程图；
图17是发明360ms定时处理流程图；
图18是发明断电处理子程序流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，
高空除锈机器人，由手持部分和主机两部分构成，手持部分通过UHF频段电波与主机通信连接，主机由机1身及连接在机身1上的四肢、除锈组件、进给组件、电气控制箱18构成；手持部分的作用是控制主机工作和显示主机工作状态，功能有：开/关机、除锈启动/停止、工作自动/手动、上一步、下一步、左一步、右一步、设置自动工作方式的等。机身1是主机上所有部件的载体，除锈组件是本发明完成目工作的机构，完成除锈工作。四肢是行走的运动组件，使除锈组件的工作范围扩大。电气控制箱18是存放控制系统的地方。本发明主机所用的电机除行程电机和除锈电机是普通三相异步电机外，其他电机都是步进电机，每个步进电机的附近都有一个传感器，用于确定步进电机的0°位置。
四肢包括肩部、膝部、腿部、踝部及足部；肩部由设于机身左上端的左上肩部3、右上端的右上肩部10、左下端的左下肩部19及右下端的右下肩部14组成；左上肩部3上设有左上肩电机4，右上肩部10上设有右上肩电机9，左下肩部19上设有左下肩电机20，右下肩部14上设有右下肩电机15；左上肩部3与机身1之间设置有左上肩刹车组件21，右上肩部10与机身1之间设置有右上肩刹车组件22，左下肩部19与机身1之间设置有左下肩刹车组件23，右下肩部14与机身1之间设置有右下肩刹车组件24；肩部主要起连接机身1与肢体和改变运动方向的作用。如从左右行走状态变换成上下行走状态或从上下行走状态变换成左右行走状态。在肩电机不转动时，刹车组件刹车，使肩关节固定。
膝部由设于机身1右上部的右上膝25、设于机身1右下部的右下膝26、设于机身1左上部的左上膝27及设于机身1左下部的左下膝28组成；右上膝25通过膝电机转动轴29连接有右上膝电机30，右下膝26通过膝电机转动轴29连接有右下膝电机31，左上膝27通过膝电机转动轴29连接有左上膝电机32，左下膝28通过膝电机转动轴29连接有左下膝电机33；右上膝25与右上膝电机30之间设有右上膝刹车组件34，右下膝26与右下膝电机31之间设有右下膝刹车组件35，左上膝27与左上膝电机32之间设有左上膝刹车组件36，左下膝28与左下膝电机33设有左下膝刹车组件37；右上膝25通过腿部38连接右上足39，右下膝26通过腿部38连接右下足40，左上膝27通过腿部38连接左上足41，左下膝28通过腿部38连接左下足42；膝部主要起跨步和连接肩部与腿的作用，跨步时，膝部和踝部及其他部件协同动作。
左上肩电机4通过肩电机转动轴43与左上膝27连接，右下肩电机15通过肩电机转动轴43与右下膝26连接，右上肩电机9通过肩电机转动轴43与右上膝25连接，左下肩电机20通过肩电机转动轴43与左下膝28连接；
右上足39连接有右上踝电机44及右上踝刹车组件45，右下足40连接有右下踝电机46及右下踝刹车组件47，左上足41连接有左上踝电机48及左上踝刹车组件49，左下足42连接有左下踝电机50及左下踝刹车组件51；
足部包括电磁铁52、设于电磁铁52两侧的接近开关53及设于电磁铁52上端的霍尔传感器54构成，霍尔传感器54用于检测电磁铁52是否正常工作，接近开关53用于检测足的底面是否平行于船舷，足部的作用是把主机部分牢固的吸附在船舷上。
除锈组件包括除锈组件支架2，设于除锈组件支架2上的除锈电机12，除锈电机12通过除锈刷轴56连接有除锈刷55，除锈刷轴56通过连杆57还连接有除锈电磁铁11；工作时，在除锈电机12快速旋转，通过除锈刷轴56带动除锈刷55快速旋转，把除锈刷55下的铁锈磨掉。除锈刷55提起电磁铁11和连杆57的作用是在主机行走时把除锈刷提起，避免在行走时把机身撑起。
进给组件包括设于机身1上端的进给电机6，进给电机6通过链条21连接有两个链轮58，链轮58分别连接有丝杆13，丝杆13连接除锈组件，丝杆13设于机身1内，机身1的上下一侧分别设有两个限位开关8、16和两个极限开关7、17。工作时，进给电机6的正反转通过链条21、链轮58带动丝杠13正反转，带动丝杠13上的除锈组件上下移动，使除锈刷55边旋转边移动，达到除锈目的。
本发明主机在不行走或行走完时，肩电机旋转到可以左右行走的位置，及0°位置。为了便于叙述，本说明书称之为静止状态；当该主机处于静止状态时，四肢的所有电机停止转动，所有刹车组件刹车，四足电磁铁通电吸合船舷，行程电机和除锈电机可以自由工作。
左行时，由静止状态时的左上足41和右下足40的电磁铁断电释放，同时，四膝和四踝刹车放开，左上膝电机32和右下膝电机31正转，左上踝电机48和右下踝电机46反转，使左上足41和右下足40向左跨步；右上膝电机30和左下膝电机33反转，右上踝电机44和左下踝电机50正转，使机身向左倾；同时，除锈刷55提起除锈电磁铁11上电吸合，通过连杆57、除锈刷轴56提起除锈刷55。各电机转动到设定的角度，并确认左上足41和右下足40已平稳放在船舷上，该二足电磁铁上电吸合。确认吸合后，右上足39和左下足42电磁铁断电释放，左上膝电机32和右下膝电机31反转，左上踝电机48和右下踝电机46正转，把机身拉到新位置；右上膝电机30和左下膝电机33正转，右上踝电机44和左下踝电机50反转，使右上足39和左下足42返回到静止状态的位置。在确认该二足已平稳放在船舷上后，该二足上的电磁铁上电吸合，所有参与的刹车组件(四膝和四踝)刹车。主机恢复到静止状态，完成左行一步的动作，如果连续左行，只要重复上面的动作就可以了。
右行和左行基本相同，只是所参与的电机的转动方向与左行时相反。
上行时，动作分两部分，前半部分四肢先由静止状态的可以左右行走的方位，即0°位置，旋转至可以上下行走的方位，即90°位置。后半部分是迈步。前半部分：左上足41和右下足40的电磁铁断电释放，同时左上肩刹车组件21和右下肩刹车组件24释放。左上肩电机4正转，同时右下肩电机15反转，二电机各旋转90°。左上足41和右下足40的电磁铁上电吸合，左上肩刹车组件21和右下肩刹车组件24刹车。右上足39和左下足42电磁铁断电释放，同时右上肩刹车组件22和左下肩刹车组件23释放。右上肩电机9反转90°，同时左下肩电机20正转90°。右上足39和左下足42电磁铁上电吸合，同时右上肩刹车组件22和左下肩刹车组件23刹车。后半部分迈步的动作及动作的顺序和左行是相似的。区别是右边二肢的所有电机旋转方向与左行时是相反的。如果连续上行，只要重复后半部分迈步这个动作就可以了。上行走完了，各肩电机在肩刹车组件和足电磁铁的配合下，复位到静止状态，完成上行动作。
下行时，前半部分的动作和上行时是一样的，即四肢先由静止状态的可以左右行走的方位，即0°位置，旋转至可以上下行走的方位，即90°位置。后半部分的迈步动作和右行相似，区别是右边二肢的所有电机旋转方向与右行时是相反的。如果连续下行，只要重复后半部分的动作就可以完成了。下行走完了，各肩电机在肩刹车组件和足电磁铁的配合下，复位到静止状态，完成上行动作。
本发明的手持部分的控制中心可以是PLC，也可以是基于单片机的嵌入式系统，程序流程图如图6-图18，各传感器分布于相关位置，电机驱动器和控制中心在电气控制控箱中。
如图7，对于程序启动是热启动还是冷启动的判断，如果是刚上电，那么就一切从头开始，全面初始化，为后续工作做好准备工作。如果因干扰等复位，程序从头开始执行，就不能象刚刚上电时那样全面初始化，否则就可能出错，必须回复数据、寻找断点，从断点处执行才能不出错。
图14是20ms定时处理流程图，与遥控器的信息交换两次都相同时，证明接收的遥控信息是正确的，可以对遥控命令进行处理，读键盘两次的目的是为了消除键盘抖动。adc转换数据主要是对主电源电压、进给电机和除锈电机的电流检测。传感器包括步进电机零度位置传感器、足部传感器、进给限位传感器、刹车组件动作传感器等。
图15是60ms定时处理流程图。在多次读取adc转换数据和传感器信息后再处理是为了抗干扰。
本实施例中图1-图5主机的外形和结构也是可以根据实际需要修改的，例如，在这种方案中是靠足部电磁铁通电吸附铁质工作面达到高空攀岩的。也可以改成吸盘吸附工作面。图8-图18软件中各模块的安排、取舍及时间片的安排可以根据具体芯片作适当调整。加入不同的算法以实现不同的功能，如掉头、转弯等。加入智能元素，最大限度地实现智能化。另外，在这种方案中要有后备电源应对突然断电，还要有保险绳，以防万一发生不测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.高空除锈机器人，其特征在于：由手持部分和主机两部分构成，所述的手持部分通过UHF频段电波与主机通信连接，所述的主机由机身及连接在机身上的四肢、除锈组件、进给组件、电气控制箱构成，所述的四肢包括肩部、膝部、腿部、踝部及足部；
所述的肩部由设于机身左上端的左上肩部、右上端的右上肩部、左下端的左下肩部及右下端的右下肩部组成；
所述的腿部包括左上腿部，左下腿部，右上腿部和右下腿部；
所述的左上肩部上设有左上肩电机，所述的右上肩部上设有右上肩电机，所述的左下肩部上设有左下肩电机，所述的右下肩部上设有右下肩电机；
所述的左上肩部与机身之间设置有左上肩刹车组件，所述的右上肩部与机身之间设置有右上肩刹车组件，所述的左下肩部与机身之间设置有左下肩刹车组件，所述的右下肩部与机身之间设置有右下肩刹车组件；
所述的膝部由设于机身右上部的右上膝、设于机身右下部的右下膝、设于机身左上部的左上膝及设于机身左下部的左下膝组成；
所述的右上膝通过右上膝电机转动轴连接有右上膝电机，所述的右下膝通过右下膝电机转动轴连接有右下膝电机，所述的左上膝通过左上膝电机转动轴连接有左上膝电机，所述的左下膝通过左下膝电机转动轴连接有左下膝电机；
所述的右上膝与右上膝电机之间设有右上膝刹车组件，所述的右下膝与右下膝电机之间设有右下膝刹车组件，所述的左上膝与左上膝电机之间设有左上膝刹车组件，所述的左下膝与左下膝电机设有左下膝刹车组件；
所述的右上膝通过右上腿部连接右上足，所述的右下膝通过右下腿部连接右下足，所述的左上膝通过左上腿部连左上足，所述的左下膝通过左下腿部连接左下足；
所述的左上肩电机通过左上肩电机转动轴与左上膝连接，所述的右下肩电机通过右下肩电机转动轴与右下膝连接，所述的右上肩电机通过右上肩电机转动轴与右上膝连接，所述的左下肩电机通过左下肩电机转动轴与左下膝连接；
所述的右上足连接有右上踝电机及右上踝刹车组件，所述的右下足连接有右下踝电机及右下踝刹车组件，所述的左上足连接有左上踝电机及左上踝刹车组件，所述的左下足连接有左下踝电机及左下踝刹车组件；
所述的足部包括电磁铁、设于电磁铁两侧的接近开关及设于电磁铁上端的霍尔传感器构成；
所述的除锈组件包括除锈组件支架，设于除锈组件支架上的除锈电机，所述的除锈电机通过除锈刷轴连接有除锈刷，所述的除锈刷轴通过连杆还连接有除锈电磁铁；
所述的进给组件包括设于机身上端的进给电机，所述的进给电机通过链条连接有两个链轮，所述的链轮分别连接有丝杆，所述的丝杆连接除锈组件，所述的丝杆设于机身内，所述机身的上下一侧分别设有两个限位开关和两个极限开关。
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- 2012-02-15 CN CN201210035600.2A patent/CN102528623B/zh not_active Expired - Fee Related
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