CN104912309B - 一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人，包括两个行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂、机械手及喷枪，定位座两端通过吊架分别活动设置有一个行走驱动腿，定位座活动连接多关节回转机械臂一端，多关节回转机械臂另一端设置机械手，机械手通过喷枪转臂配合连接有喷枪。通过行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂、机械手及喷枪的配合使用，提供了一种能够在钢结构建筑物上自由攀爬的喷涂机器人，替代人工进行涂料的喷涂工作，解决了人工在钢结构建筑物上喷刷涂料、油漆时劳动强度大，高空作业危险的问题，有效提高工程施工效率，加快工程进度。

Description

一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人

技术领域：

本发明涉及属于喷涂机械技术领域，尤其涉及一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人。

背景技术：

钢结构建筑是一种新型的建筑体系，其可打通房地产业、建筑业、冶金业之间的行业界线，集合成为一个新的产业体系，这就是业内人士普遍看好的钢结构建筑体系。

钢结构建筑相比传统的混凝土建筑而言，用钢板或型钢替代了钢筋混凝土，强度更高，抗震性更好。并且由于构件可以工厂化制作，现场安装。因而大大减少工期，由于钢材的可重复利用，可以大大减少建筑垃圾，更加绿色环保。因而被世界各国广泛采用，应用在工业建筑和民用建筑中。

目前钢结构建筑在高层建筑上的运用日益成熟，逐渐成为主流的建筑工艺，是未来建筑的发展方向。近几年，钢结构建筑相比于砖混结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势。深圳高325米的地王大厦、上海浦东高421米的金茂大厦、北京的京广中心、鸟巢、央视新大楼、水立方等大型建筑都采用了钢结构，北京、上海、山东、辽宁、内蒙等省市已开始进行钢结构住宅试点，其中，北京金宸公寓已被列为建设部住宅钢结构体系示范工程。高层钢 结构建筑屡见不鲜，人们预料21世纪是金属结构的世纪，钢结构将成为新建筑时代的脊梁。人类自17世纪70年代开始使用生铁，19世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，钢结构发展的历史要比钢筋混凝土结构发展的历史悠久，它的生命力也是越来越强。在美国，低层建筑如两层楼以下的非居住型建筑市场已有70％以上是建筑金属制品。全世界至今已完成的101幢超高层建筑中，钢筋混凝土结构16幢，纯钢结构59幢，不同形式的钢砼混合结构27幢；可以看出钢结构的发展必将促使建筑业、冶金工业、机械工业、汽车工业、农业、石油工业、商业、交通运输业得到迅速发展。

但是在现有的桥梁、铁塔、屋架等钢结构建筑物的喷漆都是由人来完成的，工作强度大，高空作业危险，并且其人工操作工作量大，工程进度缓慢，严重影响工期。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供了一种能够在钢结构建筑物上自由攀爬的喷涂机器人，替代人工进行涂料的喷涂工作，解决了人工在钢结构建筑物上喷刷涂料、油漆时劳动强度大，高空作业危险，有效提高工程施工效率，加快工程进度的技术方案：

一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人，包括两个行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂、机械手及喷枪，定位座两端通过吊架分别活动设置有一个行走驱动腿，定位座活动连接多关节回转机械臂一端，多关节回转机械臂另一端设置机械手，机械手通过喷枪转臂配合连接有喷枪。

作为优选，行走驱动腿结构为：包括小臂、转轴、键及大臂，大臂一端活动连接于定位座，大臂另一端通过转轴与小臂相连，所述转轴配合设置有键。

作为优选，小臂结构为：包括吊架Ⅱ、谐波减速器Ⅲ、步进电机Ⅲ、小臂壳体及电磁手爪，小臂壳体为圆柱体金属管状结构，小臂壳体底部固定设置电磁手爪，电磁手爪中心与步进电机Ⅲ的驱动轴相连，步进电机Ⅲ与谐波减速器Ⅲ电连接，小臂壳体顶部通过吊架Ⅱ与转轴连接。

作为优选，大臂结构为：包括大圆锥齿轮、小圆锥齿轮、小齿轮轴、支架、谐波减速器Ⅱ、步进电机Ⅱ及大臂壳体，大臂壳体为圆柱体金属管状结构，以大臂壳体内部以对称分布方式设置两组由大圆锥齿轮、小圆锥齿轮、小齿轮轴、支架、谐波减速器Ⅱ及步进电机Ⅱ由大臂壳体外侧向内部设置构成的驱动结构，大臂壳体一端的大圆锥齿轮与定位座相连，大臂壳体另一端的大圆锥齿轮与转轴连接。

作为优选，定位座结构为：包括机械臂座板、步进电机、谐波减速器、支撑套及机械臂支架，机械臂座板两端通过吊架活动链接有行走驱动腿，机械臂座板中心设置步进电机，步进电机与谐波减速器电连接，步进电机的驱动轴上连接有支撑套，支撑套与机械臂支架固定连接，机械臂支架与所述多关节回转机械臂活动连接。

本发明的有益效果在于：

本发明通过行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂、机械手及 喷枪的配合使用，提供了一种能够在钢结构建筑物上自由攀爬的喷涂机器人，替代人工进行涂料的喷涂工作，解决了人工在钢结构建筑物上喷刷涂料、油漆时劳动强度大，高空作业危险的问题，有效提高工程施工效率，加快工程进度。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明定位座内部结构示意图；

图3为本发明行走过程示意图；

图4为本发明改变空间方向示意图。

具体实施方式：

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明的钢结构建筑物高空作业喷涂机器人，包括两个行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂11、机械手24及喷枪26，定位座两端通过吊架5分别活动设置有一个行走驱动腿，定位座活动连接多关节回转机械臂11一端，多关节回转机械臂11另一端设置机械手24，机械手24通过喷枪转臂25配合连接有喷枪26。

与此同时，行走驱动腿结构为：包括小臂1、转轴2、键3及大臂4，大臂4一端活动连接于定位座，大臂4另一端通过转轴2与小臂1相连，转轴2配合设置有键3。

其中的小臂1结构为：包括吊架Ⅱ19、谐波减速器Ⅲ20、步进电 机Ⅲ21、小臂壳体22及电磁手爪23，小臂壳体22为圆柱体金属管状结构，小臂壳体22底部固定设置电磁手爪23，电磁手爪23中心与步进电机Ⅲ21的驱动轴相连，步进电机Ⅲ21与谐波减速器Ⅲ20电连接，小臂壳体22顶部通过吊架Ⅱ19与转轴2连接。

大臂4结构为：包括大圆锥齿轮12、小圆锥齿轮13、小齿轮轴14、支架15、谐波减速器Ⅱ16、步进电机Ⅱ17及大臂壳体18，大臂壳体18为圆柱体金属管状结构，以大臂壳体18内部以对称分布方式设置两组由大圆锥齿轮12、小圆锥齿轮13、小齿轮轴14、支架15、谐波减速器Ⅱ16及步进电机Ⅱ17由大臂壳体18外侧向内部设置构成的驱动结构，大臂壳体18一端的大圆锥齿轮13与定位座相连，大臂壳体18另一端的大圆锥齿轮13与转轴2连接。

如图2所示，定位座结构为：包括机械臂座板6、步进电机7、谐波减速器8、支撑套9及机械臂支架10，机械臂座板6两端通过吊架5活动链接有行走驱动腿，机械臂座板6中心设置步进电机7，步进电机7与谐波减速器8电连接，步进电机7的驱动轴上连接有支撑套9，支撑套9与机械臂支架10固定连接，机械臂支架10与多关节回转机械臂11活动连接。

电磁手爪23、谐波减速器Ⅲ20安装在小臂壳体22上，步进电机Ⅲ21和吊架19分别与谐波减速器Ⅲ20的输入端和输出端相联，组成了行走机器人的小臂1；两个谐波减速器Ⅱ16分别安装在大臂壳体18内的两端，在每个谐波减速器Ⅱ16的输入和输出端分别安装上步进电机Ⅱ17和小齿轮轴14，在小齿轮轴14上安装小圆锥齿轮13， 再在大臂壳体18的两端安装上支架15，组成行走机器人的大臂4；吊架5、机械臂座板6联结在一起组成行走机器人的机身。在小臂1与大臂4之间、大臂4与机器人机身吊架5之间分别装入大圆锥齿轮12、转轴2、键3等组成行走机器人。

在谐波减速器8的输入端和输出端分别安装步进电机7和支撑套9，在支撑套9上安装机械臂支架10，在机械臂支架10上安装谐波减速器、步进电机等，在机械臂支架上的谐波减速器的输出端上安装多关节机械臂11形成多关节回转机械臂。

多关节回转机械臂安装在行走机器人的机械臂座板6上，机械手24安装在多关节回转机械臂的末端，喷枪26通过喷枪转臂25与机械手的转轴相联接在一起，与行走机器人一起形成钢结构建筑物高空作业喷涂机器人的机械部分。

工作原理如图3，图4所示：行走机器人中两个小臂1中的某一个小臂底部的电磁手爪23得电，另一个断电后电磁手爪23断电有磁，得电失磁，断电的电磁手爪23这一侧的大臂4中右侧的步进电机Ⅱ17旋转，经过谐波减速器Ⅱ16和小齿轮轴14驱动小圆锥齿轮13旋转，与大圆锥齿轮12啮合传动，由于大圆锥齿轮12通过键3与转轴2、吊架19是固定联结，当小圆锥齿轮13转动时，驱动小臂1绕转轴的轴线旋转，但由于小臂1被电磁手爪23吸附在钢结构建筑物上，小臂1不能移动或转动，两圆锥齿轮之间的传动力矩驱使除被电磁手爪23吸附在钢结构建筑物上的小臂1外的其它部分向上转动、抬起，这个大臂4部分中的另一个步进电机Ⅱ17反向同步旋转， 使机器人的机身保持水平状态，左侧的大臂4、小臂1抬起。左侧大臂4中右侧的步进电机Ⅱ17转动，带动这个大臂4和与之相联的小臂1逆时针转动，同时这个大臂4中的另一个步进电机Ⅱ17反向同步旋转，使小臂1的电磁手爪23的底面与钢结构建筑物的表面平行、接触。此时，左侧小臂1的电磁手爪23断电得磁，吸附在钢结构建筑物的表面，右侧小臂1的电磁手爪23得电失磁，右侧大臂4中左侧的两个步进电机协同旋转，使右侧大臂和小臂抬起；左侧大臂中的两个步进电机Ⅱ17也协同旋转，使左侧大臂4和机器人的机身及右侧大臂4和小臂1前移，右侧小臂1的电磁手爪23与钢结构建筑物的表面接触、吸牢，实现迈步动作。

当行走机器人中的两个小臂1抬起一个后，让吸附在钢结构建筑物的表面的小臂1中的步进电机Ⅲ21电机旋转，谐波减速器Ⅲ20的输出端带动行走机器人饶这个小臂1的轴线转动，调整行走机器人的行走方向；行走机器人中的6个步进电机协同转动，可驱动行走机器人在不同方向的行走、跨越，翻墙等功能，完成带动多关节回转机械臂11、机械手24及喷枪26在钢结构建筑物的不同空间方向的行走工作。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (1)

1.一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人，其特征在于：包括两个行走驱动腿、定位座、多关节回转机械臂、机械手及喷枪，所述定位座两端通过吊架分别活动设置有一个行走驱动腿，定位座活动连接多关节回转机械臂一端，多关节回转机械臂另一端设置机械手，机械手通过喷枪转臂配合连接有喷枪，所述行走驱动腿结构为：包括小臂、转轴、键及大臂，所述大臂一端活动连接于定位座，大臂另一端通过转轴与小臂相连，所述转轴配合设置有键，所述小臂结构为：包括吊架Ⅱ、谐波减速器Ⅲ、步进电机Ⅲ、小臂壳体及电磁手爪，所述小臂壳体为圆柱体金属管状结构，小臂壳体底部固定设置电磁手爪，电磁手爪中心与步进电机Ⅲ的驱动轴相连，步进电机Ⅲ与谐波减速器Ⅲ电连接，所述小臂壳体顶部通过吊架Ⅱ与转轴连接，所述大臂结构为：包括大圆锥齿轮、小圆锥齿轮、小齿轮轴、支架、谐波减速器Ⅱ、步进电机Ⅱ及大臂壳体，所述大臂壳体为圆柱体金属管状结构，以大臂壳体内部以对称分布方式设置两组由大圆锥齿轮、小圆锥齿轮、小齿轮轴、支架、谐波减速器Ⅱ及步进电机Ⅱ由大臂壳体外侧向内部设置构成的驱动结构，所述大臂壳体一端的大圆锥齿轮与定位座相连，大臂壳体另一端的大圆锥齿轮与转轴连接，所述定位座结构为：包括机械臂座板、步进电机、谐波减速器、支撑套及机械臂支架，所述机械臂座板两端通过吊架活动链接有行走驱动腿，机械臂座板中心设置步进电机，步进电机与谐波减速器电连接，步进电机的驱动轴上连接有支撑套，支撑套与机械臂支架固定连接，机械臂支架与所述多关节回转机械臂活动连接。