CN105381902B - 一种爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法，其中，爬壁除锈喷漆机器人可包括：爬壁小车，配置成在被除锈壁面上移动；除锈装置，安装于所述爬壁小车，配置成至少部分地清除所述被除锈壁面上的铁锈；和喷漆装置，安装于所述爬壁小车，配置成向所述被除锈壁面上喷涂防锈漆，以在所述被除锈壁面上形成保护层。本发明的爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法中因为具有爬壁小车，其携载有除锈装置和喷漆装置，能够自动地去除被除锈壁面上的铁锈，在完成除锈后可进行自动喷漆，以保护被除锈壁面。

Description

一种爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人除锈喷漆技术领域，特别是涉及一种爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法。

背景技术

随着中国城市化的脚步越来越快，越来越多的柱形钢结构被建立起来，小型的如工厂的烟囱、管道，大型的如冷却塔、50米以上的钢烟囱，以及标准的72米风力发电塔。这些钢结构因长期暴露在空气中，虽然做了一定的防腐措施，但防腐时间有限，金属腐蚀问题一直困扰着世界各国。在发达国家，每年因为金属腐蚀造成的经济损失占高空经济总值的百分之三左右。烟囱由于其特殊的工作环境腐蚀情况更加明显，烟囱的防腐问题引起越来越多的关注。然而，目前高空烟囱防腐依靠升降台或吊篮承载清洁工在高空进行作业，虽然简单易行，但对于施工人员相当危险，存在很多的不安全因素。高空作业最危险也是最容易发生的是高空坠落，平均每年都会有四万到八万的高空坠落事故，而百分之八十都死亡。如何能对高空烟囱的有效除锈是亟待解决的问题，以延长烟囱的使用寿命和保护施工人员。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有烟囱除锈的至少一个缺陷，提供一种爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法，其能够自动对烟囱进行除锈、喷漆，且爬行速度快，代替了高危险的人工操作，并提高了工作效率。

一方面，本发明提供了一种爬壁除锈喷漆机器人，其包括：

爬壁小车，配置成在被除锈壁面上移动；

除锈装置，安装于爬壁小车，配置成至少部分地清除被除锈壁面上的铁锈；

喷漆装置，安装于爬壁小车，配置成向被除锈壁面上喷涂防锈漆，以在被除锈壁面上形成保护层。

进一步地，除锈装置包括：转筒，固定于爬壁小车的车厢底壁上，

转轴，可转动地安装于转筒内，且穿过车厢底壁；

曲面圆盘钢丝刷，安装于转轴的穿出车厢底壁的一端，以进行除锈。

进一步地，除锈装置还包括弹压装置，安装于转筒内，配置成使曲面圆盘钢丝刷与被除锈壁面接触抵靠。

进一步地，除锈装置还包括除锈剂喷洒装置，其具有除锈剂容纳箱、除锈剂管路、第一增压泵和第一喷嘴；除锈剂容纳箱安装于爬壁小车的车厢内；除锈剂管路的进口与除锈剂容纳箱连通；第一增压泵安装于除锈剂管路上；第一喷嘴安装于除锈剂管路的出口处，配置成向曲面圆盘钢丝刷的末端喷送除锈剂。

进一步地，除锈装置还包括：

除锈电机，安装于爬壁小车的车厢内；

第一锥齿轮，安装于电机的输出轴上；和

第二锥齿轮，与第一锥齿轮啮合，且安装于转轴的另一端。

进一步地，喷漆装置包括：

防锈漆容纳箱，安装于爬壁小车的车厢内；

第二喷嘴，安装于车厢的后部，配置成向被除锈壁面上喷涂防锈漆；

防锈漆管路，其进口与防锈漆容纳箱连通，其出口连通至第二喷嘴；

第二增压泵，安装于防锈漆管路上；和

调速阀，设置于防锈漆管路上，以控制防锈漆的流量。

进一步地，爬壁小车包括：

车厢；和

两个曲面履带式爬行结构，安装于车厢的纵向两侧，每个曲面履带式爬行结构包括履带以及安装于履带上的一个或多个磁性件，以使爬壁小车吸附于被除锈壁面。

进一步地，每个曲面履带式爬行结构还包括：

主动轮组，可转动地安装于车厢的前部；

从动轮组，可转动地安装于车厢的后部；

导向轮组，设置于主动轮组的前方；和

连接板，导向轮组可转动地安装于连接板的一端，连接板的另一端可转动地安装于主动轮组的旋转轴或车厢；且

每个曲面履带式爬行结构的履带包围该曲面履带式爬行结构的主动轮组、从动轮组和导向轮组。

进一步地，每个主动轮组包括两个沿车厢的纵向方向间隔设置的齿轮或链轮；

每个从动轮组和导向轮组均包括两个沿车厢的纵向方向间隔设置的滚轮；

每个履带为梯形齿同步带或链条式履带；

每个履带上的磁性件为多个，沿每个履带的周向方向均布在该履带的位于两个齿轮或链轮的之间的环形区域上。

另一方面，本发明提供了一种用于上述任一种爬壁除锈喷漆机器人的控制方法，包括：

启动爬壁除锈喷漆机器人的除锈装置；

使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿被除锈壁面从被除锈壁面的一端爬行至被除锈壁面的另一端；

开启爬壁除锈喷漆机器人的喷漆装置；

使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿被除锈壁面从被除锈壁面的另一端返回被除锈壁面的一端。

本发明的爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法中因为具有爬壁小车，其携载有除锈装置和喷漆装置，能够自动地去除被除锈壁面上的铁锈，在完成除锈后可进行自动喷漆，以保护被除锈壁面。

进一步地，由于本发明的爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法中，爬壁小车具有曲面履带式爬行结构，可使爬壁小车与被除锈壁面之间的吸引力大，对被除锈壁面的凹凸适应性强，安全可靠，不用考虑断电等意外情况的发生，有效地防止了爬壁除锈喷漆机器人的坠落。此外，曲面履带式爬行结构的导向轮组可自由活动，能够越过大障碍。曲面履带式爬行结构的中间完全是连杆机构，可以更好地适应曲面，越过小障碍，而且可以使爬壁除锈喷漆机器人的重量均匀的分布到履带上面。

进一步地，由于本发明的爬壁除锈喷漆机器人及其控制方法中，除锈装置内具有弹压装置，可使曲面圆盘钢丝刷紧贴被除锈壁面，以有效地对被除锈壁面进行除锈。此外，除锈装置可具有除锈剂喷洒装置，可向被除锈壁面喷洒除锈剂，以与铁锈进行反应，从而达到化学除锈的目的。机械除锈和化学除锈相结合，显著提高了除锈效率和除锈效果。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的爬壁除锈喷漆机器人的结构图；

图2是图1所示爬壁除锈喷漆机器人的局部结构图；

图3是图1所示爬壁除锈喷漆机器人的另一视角的结构图。

具体实施方式

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

图1是根据本发明一个实施例的爬壁除锈喷漆机器人的结构图。如图1所示，并参考图2和图3，本发明实施例提供了一种爬壁除锈喷漆机器人，其可包括爬壁小车20，以及安装于爬壁小车20上的除锈装置30和喷漆装置40。爬壁小车20可配置成在被除锈壁面上移动。除锈装置30配置成至少部分地清除被除锈壁面上的铁锈。爬壁小车20在被除锈壁面上移动时，除锈装置30可同时工作，以除去被除锈壁面上各个位置处的铁锈。喷漆装置40可配置成向被除锈壁面上喷涂防锈漆，以在被除锈壁面上形成保护层。当爬壁小车20载着除锈装置30完成对被除锈壁面除锈后，喷漆装置40工作，以随着爬壁小车20的移动将防锈漆喷涂到被除锈壁面的各个地方。

在本发明的一些实施例中爬壁小车20可包括车厢21和两个曲面履带式爬行结构22。两个曲面履带式爬行结构22可安装于车厢21的纵向两侧。每个曲面履带式爬行结构22包括履带221以及安装于履带221上的一个或多个磁性件，以使爬壁小车20吸附于被除锈壁面，可防止爬壁小车20倾覆和/或坠落。曲面履带式爬行结构22对弧面适应性强，可面对曲面弧度比较大的工作环境。

具体地，如图2所示，每个曲面履带式爬行结构22还可包括主动轮组222、从动轮组223和导向轮组224以及连接板225。主动轮组222可转动地安装于车厢21的前部。从动轮组223可转动地安装于车厢21的后部。导向轮组224设置于主动轮组222的前方。导向轮组224可转动地安装于连接板225的一端，连接板225的另一端可转动地安装于主动轮组222的旋转轴或车厢21。而且每个曲面履带式爬行结构22的履带221包围该曲面履带式爬行结构22的主动轮组222、从动轮组223和导向轮组224。在本发明实施例中，导向轮组224的设计能够使爬壁小车20有效地跨过障碍。

在本发明的一些实施方式中，每个主动轮组222包括两个沿车厢的纵向方向间隔设置的齿轮或链轮。每个从动轮组223和导向轮组224均包括两个沿车厢的纵向方向间隔设置的滚轮。每个履带221为梯形齿同步带或链条式履带，或者在梯形齿同步带或链条式履带的外表面安装一橡胶履带制成的复合履带，以增加与被除锈壁面之间的摩擦力。每个履带221上的磁性件为多个，沿每个履带221的周向方向均布在该履带221的位于两个齿轮或链轮的之间的环形区域上。每个磁性件可为永磁体，如钕铁硼永磁体。此种设计的履带221，可使每个履带221与壁面的接触面积更大，永磁体提供的吸附力吸附力大，可进一步保障爬壁小车20在被除锈壁面上进行移动。而且，可以保证每条履带221上始终有一半的磁性件和被除锈壁面接触，为吸附提供足够的保障。本发明爬壁除锈喷漆机器人所工作的壁面材质大部分为铁质，机器人利用磁力吸附在壁面上，安全牢固。

进一步地，在本发明的一些实施例中，每个曲面履带式爬行结构22还可包括连杆机构226，其可包括三角块，三角块的一个角部可通过转轴可转动地安装于爬壁小车20的车厢21，另外两个角部分别安装于一个滚动组件。滚动组件可包括三角体固定架，三角体固定架的一个棱部可转动地安装于三角块的一个角部。三角体固定架的另外两个棱部可分别安装一滚轮，每个滚轮与履带221的内表面相接触。连杆机构226可使爬壁小车20更好地适应曲面，越过小障碍，而且可以使爬壁小车20的重量均匀的分布到履带221上面。在一些其他的实施方式中，三角块的另外两个角部可分别安装两个滚动组件，两个滚动组件对称地位于三角块的两侧。

在本发明实施例中，爬壁小车20还包括驱动装置23，驱动装置23配置成驱动主动轮组222转动，以使小车前进或后退。该驱动装置23可包括两个驱动部，每个驱动部驱动车厢21一侧的主动轮组222转动。具体地，每个驱动部可包括两个完全相同的步进电机231和两个完全相同的两级减速器232。两级减速器232的输出杆同轴设置，两个步进电机231可保证足够大的扭矩输出，使爬壁小车20运动的动力充足。

在本发明的一些实施例中，如图2和图3所示，除锈装置30可包括转筒31、转轴32和曲面圆盘钢丝刷33。转筒31可固定于爬壁小车20的车厢21底壁上。转轴32可转动地安装于转筒31内，且穿过车厢21底壁。曲面圆盘钢丝刷33安装于转轴32的穿出车厢21底壁的一端，以进行除锈。曲面圆盘钢丝刷33的刷毛强韧度高，对双曲面、凹凸面等各种表面都能充分均匀的打磨，特别便于除锈。

为了进一步保证曲面圆盘钢丝刷33的除锈效果，除锈装置30还可包括弹压装置，其安装于转筒31内，配置成使曲面圆盘钢丝刷33与被除锈壁面接触抵靠。该弹压装置可以使曲面圆盘钢丝刷33在允许范围内能紧贴近管道等被除锈壁面清扫锈垢，保证了曲面圆盘钢丝刷33的除锈力度。具体地，弹压装置可包括：套筒，套装于转轴32，且其一端抵靠于曲面圆盘钢丝刷33；固定块，可固定于套筒上；弹簧，其一端抵靠于转筒31的顶壁内表面，另一端抵靠于固定块，以对固定块施加向下的作用力，从而使曲面圆盘钢丝刷33与被除锈壁面接触抵靠；以及导杆，其中部固定于套筒上，且其两端插入转筒31的内壁上的两个沿转筒31的轴线方向延伸的导向槽内，以防止套筒转动，使套筒只沿转筒31的轴线方向移动。

进一步地，除锈装置30还可包括除锈电机34、安装于除锈电机34输出上的第一锥齿轮和安装于转轴32另一端的、与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮。除锈电机34安装于爬壁小车20的车厢21内，可通过第一锥齿轮、第二锥齿轮和转轴32带动曲面圆盘钢丝刷33转动，以进行除锈。

为了进一步提高除锈效率，除锈装置30还包括除锈剂喷洒装置35，其具有除锈剂容纳箱351、除锈剂管路、第一增压泵和第一喷嘴352以及第一调速阀。除锈剂容纳箱351安装于爬壁小车20的车厢21内。除锈剂管路的进口与除锈剂容纳箱351连通。第一增压泵安装于除锈剂管路上。第一喷嘴352可为扁形喷嘴，安装于除锈剂管路的出口处，且配置成向曲面圆盘钢丝刷33的末端喷送除锈剂。除锈剂可与铁锈进行反应，以达到化学除锈的目的，机械除锈与化学除锈相结合，显著提高了除锈效率。第一调速阀设置于除锈剂管路上，以控制除锈剂的流量。

在本发明的一些实施例中，爬壁除锈喷漆机器人的喷漆装置40可包括防锈漆容纳箱41、第二喷嘴42、防锈漆管路和第二增压泵以及调速阀。防锈漆容纳箱41安装于爬壁小车20的车厢21内。第二喷嘴42安装于车厢21的后部，配置成向被除锈壁面上喷涂防锈漆。防锈漆管路的进口与防锈漆容纳箱41连通，出口连通至第二喷嘴42。第二增压泵安装于防锈漆管路上，以提供进行喷漆的动力。调速阀设置于防锈漆管路上，以控制防锈漆的流量。

在本发明的一些实施例中，爬壁除锈喷漆机器人还可包括安全及检测装置。安全及检测装置可包括防跌落传感器51，可以准确的检测出是否爬到顶端。安全及检测装置还可包括红外线距离传感器52或超声波距离传感器，以测量爬壁除锈喷漆机器人与地面的距离来自动控制停机的位置，防止爬壁除锈喷漆机器人在向下爬行的过程中触碰地面。进一步地，该爬壁除锈喷漆机器人还可包括摄像头53，设置于爬壁小车20的尾部，以实时监测除锈喷漆状况，并通过无线模块向手机或电脑传输图像，从而使爬壁除锈喷漆机器人达到自动与手动相结合的目的，使除锈喷漆更彻底。

在本发明的一些实施例中，爬壁除锈喷漆机器人还可包括控制系统，其内可设置有自动控制程序和手动控制程序。控制系统可包括安装于爬壁小车20的上控制部和无线传输模块，以及进行遥控的遥控器。自动控制过程可主要实现除锈/喷漆的开始与中断，爬壁除锈喷漆机器人在被除锈壁面的上升或下降。手动过程的设计主要是为了能让操作员随时检测喷漆除锈状况，使机器能在空中按照地面上操作员的控制更改机器在空中的位置和姿态，以及清除锈迹稍厚地方，达到更好的除锈效果。

本发明实施例的爬壁除锈喷漆机器人爬行速度快、操控方便，可适用于各种金属表面防腐，并可以完成除锈和喷漆两项工作，代替了高危险的人工操作，并提高了工作效率。且本发明实施例的爬壁除锈喷漆机器人吸引力大、安全可靠，不用考虑断电等意外情况的发生，有效地防止了本发明实施例的爬壁除锈喷漆机器人的坠落。进一步地，本发明实施例的爬壁除锈喷漆机器人采用柔性清洁刷、橡胶履带221、距离传感器、防跌落传感器51等结构，都为除锈涂漆提供了有力保障。

本发明实施例还提供了一种爬壁除锈喷漆机器人的控制方法，其可包括：启动爬壁除锈喷漆机器人的除锈装置；使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿被除锈壁面从被除锈壁面的一端爬行至被除锈壁面的另一端；开启爬壁除锈喷漆机器人的喷漆装置；使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿被除锈壁面从被除锈壁面的另一端返回被除锈壁面的一端。例如，被除锈壁面可竖向设置，如烟囱外表面。控制方法可包括：启动爬壁除锈喷漆机器人的除锈装置30；使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车20沿被除锈壁面爬行至该被除锈壁面的顶端；开启爬壁除锈喷漆机器人的喷漆装置40；使爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车20沿被除锈壁面返回该除锈壁面的底端。进一步地，操作者可用遥控器控制爬壁除锈喷漆机器人，以使爬壁除锈喷漆机器人能在空中(即被除锈壁面上)按照地面上操作员的控制更改机器在空中的位置和姿态，以及清除锈迹稍厚地方，达到更好的除锈效果。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (2)

1.一种爬壁除锈喷漆机器人，其特征在于，包括：

爬壁小车，配置成在被除锈壁面上移动；

除锈装置，安装于所述爬壁小车，配置成至少部分地清除所述被除锈壁面上的铁锈；和

喷漆装置，安装于所述爬壁小车，配置成向所述被除锈壁面上喷涂防锈漆，以在所述被除锈壁面上形成保护层；且

所述除锈装置包括：

转筒，固定于所述爬壁小车的车厢底壁上，

转轴，可转动地安装于所述转筒内，且穿过所述车厢底壁；

曲面圆盘钢丝刷，安装于所述转轴的穿出所述车厢底壁的一端，以进行除锈；

弹压装置，安装于所述转筒内，配置成使所述曲面圆盘钢丝刷与所述被除锈壁面接触抵靠；

除锈剂喷洒装置，其具有除锈剂容纳箱、除锈剂管路、第一增压泵和第一喷嘴；所述除锈剂容纳箱安装于所述爬壁小车的车厢内；所述除锈剂管路的进口与所述除锈剂容纳箱连通；所述第一增压泵安装于所述除锈剂管路上；所述第一喷嘴安装于所述除锈剂管路的出口处，且配置成向所述曲面圆盘钢丝刷的末端喷送除锈剂；

除锈电机，安装于所述爬壁小车的车厢内；

第一锥齿轮，安装于所述电机的输出轴上；和

第二锥齿轮，与所述第一锥齿轮啮合，且安装于所述转轴的另一端；

所述喷漆装置包括：

防锈漆容纳箱，安装于所述爬壁小车的车厢内；

第二喷嘴，安装于所述车厢的后部，配置成向所述被除锈壁面上喷涂防锈漆；

防锈漆管路，其进口与所述防锈漆容纳箱连通，其出口连通至所述第二喷嘴；

第二增压泵，安装于所述防锈漆管路上；和

调速阀，设置于所述防锈漆管路上，以控制所述防锈漆的流量；

所述爬壁小车包括：

车厢；和

两个曲面履带式爬行结构，安装于所述车厢的纵向两侧，每个所述曲面履带式爬行结构包括履带以及安装于所述履带上的多个磁性件，以使所述爬壁小车吸附于所述被除锈壁面；且

每个所述曲面履带式爬行结构还包括：

主动轮组，可转动地安装于所述车厢的前部；

从动轮组，可转动地安装于所述车厢的后部；

导向轮组，设置于所述主动轮组的前方；和

连接板，所述导向轮组可转动地安装于所述连接板的一端，所述连接板的另一端可转动地安装于所述主动轮组的旋转轴或所述车厢；且

每个所述曲面履带式爬行结构的履带包围该曲面履带式爬行结构的主动轮组、从动轮组和导向轮组；

每个所述主动轮组包括两个沿所述车厢的纵向方向间隔设置的齿轮或链轮；

每个所述从动轮组和所述导向轮组均包括两个沿所述车厢的纵向方向间隔设置的滚轮；

每个所述履带为梯形齿同步带或链条式履带；

每个所述履带上的多个所述磁性件沿每个所述履带的周向方向均布在该履带的位于两个所述齿轮或链轮的之间的环形区域上。

2.一种用于权利要求1所述的爬壁除锈喷漆机器人的控制方法，其特征在于，包括：

启动所述爬壁除锈喷漆机器人的除锈装置；

使所述爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿被除锈壁面从所述被除锈壁面的一端爬行至所述被除锈壁面的另一端；

开启所述爬壁除锈喷漆机器人的喷漆装置；

使所述爬壁除锈喷漆机器人的爬壁小车沿所述被除锈壁面从所述被除锈壁面的另一端返回所述被除锈壁面的一端。