CN106345645B - 船舶外板爬壁拖涂式机器人及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
一种船舶外板爬壁拖涂式机器人及其作业方法，属于船舶与海洋工程中的智能建造装备技术领域。该系统主要由菱形搭载主框架、磁力可调装置、驱动行走机构、喷头横扫及防护装置、供料管系、漆雾回收管系等组成。其技术特点是：采用喷头后置于驱动轮，拖动喷头喷涂，防止喷涂轨迹碾压；采用喷头防护罩，防止漆雾污染，对漆雾进行回收；喷头左右横移，模拟人工手持喷枪作业；横移丝杠大于两驱动轮距，保证机器人涂装轨迹全覆盖，不会因往复运动碾压；设置漆雾加热器，防止漆雾因温度低固化堵塞管路。通过自由旋转连接器使机器人所拖带管路始终自由向下，不会翘起，防止拖管额外弯矩力。具有安全、可靠和高效等优点，极具工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶外板爬壁拖涂式机器人及其作业方法，属于船舶与海洋工程中的船舶外板喷涂的智能装备技术领域。
背景技术
船舶外板涂装是整个造船工艺中下水前涂装作业的末道，作业高度高达30米，需要工人开台车高空作业，工人长期站在台车高空眩晕作业非常危险，曾有台车碰撞船舶外板的安全事件发生。同时，工人手持喷枪，与作业点近距离喷涂作业，容易造成急、慢性苯中毒和粉尘危害，职业卫生问题比较明显,粉尘涂料污染严重。
鉴于船舶涂装贯穿于造船全过程的特点，欲解决船舶涂装技术问题，不能就涂装而谈涂装，必须根据现代造船模式的概念，以系统工程的思想，从全局出发，系统地解决各方面的有关问题。除需要使用新型油漆、编制新工艺等以外，还要加强新自动化设备的研发及应用。推广使用高效、高质量、自动化的涂装工具。
一种船舶外板爬壁拖涂式机器人，其技术特点是：采用喷头后置于驱动轮，拖动喷头喷涂行走，防止喷涂轨迹被碾压；采用喷头防护罩，防止漆雾污染机器人本体，对漆雾进行回收；涂料喷头左右横移，模拟人工手持喷枪移动作业；涂料喷头左右横移丝杠大于两驱动轮距离，以保证机器人沿船舶外板涂装轨迹全覆盖，且不会因往复涂装运动而被碾压；中间设置漆雾加热器，防止漆雾到管路中因温度低等原因固化堵塞管路。通过自由旋转连接器使机器人作业时，所拖带的管路始终自由向下，不会翘起，防止对机器人吸附船舶外板表面产生额外较大的弯矩力。
一种船舶外板爬壁拖涂式机器人，可以有效地解决涂装工人远离涂装作业点，远离涂料伤害，避免高空作业。目前，尚难以采购成型设备。国内典型研究院所已经大规模展开该类机器人的概念设计，但是，由于国内典型机器人研究所缺乏船舶行业的专门研究积累和船舶技术背景，尚未能紧密与船厂生产相结合，所设计的概念机器人尚难以实现样机生产或应用做业。
发明内容
本发明提供一种船舶外板爬壁拖涂式机器人及其作业方法，该系统充分考虑了工程实际应用要求及经济性，结构新颖，功能完善，操作方便，很好地解决了大尺度船舶外板表面喷涂作业，以及人工远离作业点避免漆雾污染和高架作业安全的问题。具有安全、可靠和高效等优点，极具工程应用价值。
本发明采用的技术方案是：一种船舶外板爬壁拖涂式机器人, 它包括控制单元，它还包括菱形强度框架、磁力可调吸附装置、驱动行走机构、喷头横扫及防护装置、供料管系、漆雾回收管系；所述菱形强度框架焊接在方形吸附装置搭载框架上，控制单元安装在菱形强度框架上，支撑连接漆雾加热器的漆雾加热器支架安装在菱形强度框架上的横向中心位置；自由旋转连接器（安装在方形吸附装置搭载框架右上方，涂料喷头安装在两驱动轮后；所述磁力可调吸附装置布置安装在方形吸附装置搭载框架的四角；所述驱动行走机构把安装A驱动电机的A驱动电机支架布置在菱形强度框架左侧，安装B驱动电机的B驱动电机支架布置在菱形强度框架右侧，A驱动电机输出轴与左侧的A驱动电机输出连接皮带连接，A驱动电机输出连接皮带与A驱动轮连接，B驱动电机输出轴与右侧的B驱动电机输出连接皮带连接，B驱动电机输出连接皮带与B驱动轮连接，沿机器人横向中心线布置的A驱动轮和B驱动轮分别设置在方形吸附装置搭载框架的外侧，辅助前万向轮和辅助后万向轮安装在方形吸附装置搭载框架纵向的中心线处；所述喷头横扫及防护装置把涂料喷头安装在漆雾防护罩内，漆雾防护罩安装在漆雾防护罩支架上，喷头距离可调节装置安装在涂料喷头左右横移丝杠框架上，涂料喷头左右横移丝杠与喷头横移丝杠电机连接，涂料喷头左右横移丝杠框架安装在菱形强度框架上，涂料喷头左右横移丝杠大于两驱动轮距离，左右两侧各大150mm；所述供料管系采用机器人本体供料管终端与涂料喷头连接，机器人本体供料管始端与自由旋转连接器连接，地面供料拖管接头终端与自由旋转连接器连接，；所述漆雾回收管系采用机器人本体回收软管始端与漆雾防护罩连接，机器人本体回收软管终端与漆雾加热器连接，机器人本体回收硬管始端与漆雾加热器连接，机器人本体回收硬管终端与自由旋转连接器连接，地面回收拖管接头终端与自由旋转连接器连接，采用硬塑材料的漆雾防护外罩与半球形的漆雾防护罩一体浇筑，漆雾防护罩内温度湿度传感器安装在漆雾防护罩上。
所述的船舶外板爬壁拖涂式机器人的使用方法：操作者首先通过船舶坞内吊机，将机器人吊至船舶外板附近；辅助以台车，在船舶直底部分高于船坞水平地面2米高的地方，调节机器人四块磁力可调吸附装置，将机器人平放自然吸附在船舶外板表面；机器人进入待涂区域，在远处远离作业点的操作者手持遥控器操作；操作者启动A驱动电机和B驱动电机以及喷头横移丝杠电机（4b），遥控喷头下游开关阀开动喷头喷射作业；让机器人沿着船舶外板表面自下而上喷头左右横移，模拟人工作业；按照丝杠覆盖的范围，操作者调整机器人行走轨迹，实现全覆盖喷涂并不碾压已涂区域。
本发明的有益效果是：这种船舶外板爬壁拖涂式机器人，充分考虑了工程实际应用要求及经济性，结构简单新颖，功能完善，操作方便，应用大尺度船舶外板表面，使工人远离作业点避免漆雾污染和高架危险；考虑轨迹工程实用可行性，采用喷头后置于驱动轮，拖动喷头喷涂行走，防止喷涂轨迹被碾压，并且考虑实用性作业表面全覆盖，涂料喷头左右横移丝杠大于两驱动轮距离，以保证机器人沿船舶外板涂装轨迹全覆盖，且不会因往复涂装运动而被碾压；考虑环保性和设备维护保养性，采用喷头防护罩，防止漆雾污染机器人本体，对漆雾进行回收，避免粉尘大气污染，并考虑真空回收流畅性，中间设置漆雾加热器，防止漆雾到管路中因温度低等原因固化堵塞管路；考虑与人工作业替代功能更逼真，涂料喷头左右横移，模拟人工手持喷枪移动作业；考虑机器人附壁性能不受干扰，设置自由旋转连接器，使机器人作业时，所拖带的管路始终自由向下，不会翘起，防止对机器人吸附船舶外板表面产生额外较大的弯矩力。具有安全、可靠和高效等优点，极具工程应用价值。
附图说明
图1是船舶外板爬壁拖涂式机器人立体图。
图2是图1中的A放大图。
图3是图1中的B放大图。
图4是船舶外板爬壁拖涂式机器人后视图。
图5是船舶外板爬壁拖涂式机器人俯视图。
图6是船舶外板爬壁拖涂式机器人左视图。
图7是船舶外板爬壁拖涂式机器人底盘立体图。
图8是船舶外板爬壁拖涂式机器人底盘俯视图。
图中：1a、左前磁力可调吸附装置，1b、右前磁力可调吸附装置，1c、左后磁力可调吸附装置，1d、右后磁力可调吸附装置，2a、A驱动轮，2b、B驱动轮，2c、辅助前万向轮，2d、辅助后万向轮，3a、菱形强度框架，3b、方形吸附装置搭载框架，3c、漆雾加热器支架，4a、涂料喷头左右横移丝杠框架，4b、喷头横移丝杠电机，4c、涂料喷头左右横移丝杠，5a、漆雾防护罩支架，5b、喷头距离调节丝杠，5c、喷头距离可调节装置，6a、A驱动电机，6b、B驱动电机，6c、A驱动电机支架，6d、B驱动电机支架，6e、A驱动电机输出连接皮带， 6f、B驱动电机输出连接皮带，7a、机器人本体供料管，7b、漆雾加热器，7c、机器人本体回收硬管，7d、自由旋转连接器，7e、地面供料拖管接头，7f、地面回收拖管接头，7g、机器人本体回收软管，7h、漆雾防护罩，7k、漆雾防护外罩，8、涂料喷头，9、漆雾防护罩内温度湿度传感器，10、船舶外板。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
图1、2、3、4、5、6、7、8示出了船舶外板爬壁拖涂式机器人结构图。该装置主要包括由菱形搭载主框架、磁力可调装置、驱动行走机构、喷头横扫及防护装置、供料管系、漆雾回收管系。
菱形搭载主框架由菱形强度框架3a嵌入连接在方形吸附装置搭载框架3b内，部材由方钢组成，用以承载各个关键部件；所述磁力可调装置由四块磁力可调吸附装置，最大距离布置在方形吸附装置搭载框架3b四角，以均匀分散吸附力，将机器人本体吸附在钢制船舶外板表面，提供强大吸附力保障机器人在船舶外板表面作业。
驱动行走机构由A驱动电机6a通过A驱动电机输出连接皮带6e带动A驱动轮2a，B驱动电机6b通过B驱动电机输出连接皮带带动B驱动轮2b并分别布置在方形吸附装置搭载框架3b中心线外两侧，当两台电机同时正转的时候，机器人正向爬行；当两台电机同时反转的时候，机器人后向爬行；当A驱动电机6a正转，B驱动电机6b反转时，机器人右转弯顺时针爬行，当A驱动电机6a反转，B驱动电机6b正转时，机器人左转弯逆时针爬行；辅助前万向轮2c和辅助后万向轮2d布置在方形吸附装置搭载框架3b前后中心线，起到机器人本体平衡辅助作用。
喷头横扫及防护装置由涂料喷头8安装在漆雾防护罩7h中心，布置在机器人后侧漆雾防护罩7h与漆雾防护罩支架5a连接，通过喷头距离可调节装置5c布置在涂料喷头左右横移丝杠框架4a上，实现喷头模拟人工手持喷枪左右横移喷涂，涂料喷头左右横移丝杠4c受喷头横移丝杠电机4b驱动，定时设定正反旋转，实现喷头的横向往复。涂料喷头8布置在机器人框架和两个驱动轮后侧，实现拖拽喷涂，以保证喷头喷涂后，涂层不会被碾压。
采用硬塑材料上布置有漆雾防护罩内温度湿度传感器9，检测防护罩内温度和湿度是否异常，以防止温度过高或湿度过大产生的涂层流挂，或温度超高可能产生的爆炸。
供料管系由机器人本体供料管7a终端与涂料喷头8连接，始端与自由旋转连接器7d连接，实现供料喷漆；漆雾回收管系由机器人本体回收软管7g始端与漆雾防护罩7h连接，终端与漆雾加热器7b连接，同时，机器人本体回收硬管7c始端与漆雾加热器7b连接，机器人本体回收硬管7c终端与自由旋转连接器7d连接,实现漆雾废料回收；通过自由旋转连接器7d实现机器人在船舶外板作业时，无论是正向向上爬行还是逆向向下爬行，或者其他方向爬行作业，所拖带的地面供料拖管接头7e和地面回收拖管接头7f始终自由向下，不会翘起，防止对机器人吸附船舶外板表面产生额外较大的弯矩力。
机器人本体供料管7a和机器人本体回收软管7g都是软体结构，不约束喷头移动，涂料喷头左右横移丝杠4c大于两驱动轮距离，左右两侧各大150mm，以保证机器人沿船舶外板涂装轨迹全覆盖，且不会因往复涂装而被碾压；地面供料拖管接头7e终端与自由旋转连接器7d连接，机器人本体回收软管7g终端与漆雾加热器7b连接，机器人本体回收硬管7c始端与漆雾加热器7b连接，中间设置漆雾加热器7b，以防止漆雾到管路中因温度低等原因固化，沿管路挂壁，时间长造成管路堵塞影响真空回收。
上述船舶外板爬壁拖涂式机器人在使用时，操作者首先通过船舶坞内吊机，将机器人带入船舶外板附近，辅助以台车，在船舶直底部分大约高于船坞水平地面2米高的地方，调节机器人磁力可调吸附装置，将机器人平放自然吸附在船舶外板表面，进入待涂区域。由远处远离作业点的操作者手持遥控器操作，实现半自动控制，主要解决了人工远离作业点避免漆雾污染和高架作业安全的问题。操作者通过外置遥控器启动A驱动电机6a、B驱动电机6b以及喷头横移丝杠电机4b，遥控喷头下游开关阀开动喷头喷射作业，让机器人沿着船舶外板表面自下而上喷头左右横移，模拟人工作业。按照丝杠覆盖的范围，操作者调整机器人行走轨迹，实现全覆盖喷涂并不碾压已涂区域，保护已有涂层不被机器人破坏。
本发明的主要技术参数( 可根据用户需要确定) ：
最大工作高度(m):32
最小工作高度(m):2
喷头水平移动距离(m):1.1
机器人驱动轮距离（外围）(m):0.8
喷头距离船舶外板可调节高度（mm）:200~500
机器人行进速度(m/s)：＞0.15
机器人本体重量（kg）：＜60
机器人本体外形尺寸( 宽mm× 长mm× 高mm): 1120×800×600。
Claims (2)
1.一种船舶外板爬壁拖涂式机器人, 它包括控制单元（11），其特征是：它还包括菱形强度框架（3a）、磁力可调吸附装置、驱动行走机构、喷头横扫及防护装置、供料管系、漆雾回收管系；所述菱形强度框架（3a）焊接在方形吸附装置搭载框架（3b）上，控制单元（11）安装在菱形强度框架（3a）上，支撑连接漆雾加热器（7b）的漆雾加热器支架（3c）安装在菱形强度框架（3a）上的横向中心位置；自由旋转连接器（7d）安装在方形吸附装置搭载框架（3b）右上方，涂料喷头（8）安装在两驱动轮后；所述磁力可调吸附装置布置安装在方形吸附装置搭载框架（3b）的四角；所述驱动行走机构把安装A驱动电机（6a）的A驱动电机支架（6c）布置在菱形强度框架（3a）左侧，安装B驱动电机(6b)的B驱动电机支架（6d）布置在菱形强度框架（3a）右侧，A驱动电机（6a）输出轴与左侧的A驱动电机输出连接皮带（6e）连接，A驱动电机输出连接皮带（6e）与A驱动轮（2a）连接，B驱动电机（6b）输出轴与右侧的B驱动电机输出连接皮带（6f）连接，B驱动电机输出连接皮带（6f）与B驱动轮（2b）连接，沿机器人横向中心线布置的A驱动轮（2a）和B驱动轮（2b）分别设置在方形吸附装置搭载框架（3b）的外侧，辅助前万向轮（2c）和辅助后万向轮（2d）安装在方形吸附装置搭载框架（3b）纵向的中心线处；所述喷头横扫及防护装置把涂料喷头（8）安装在漆雾防护罩（7h）内，漆雾防护罩（7h）安装在漆雾防护罩支架（5a）上，喷头距离可调节装置（5c）安装在涂料喷头左右横移丝杠框架（4a）上，涂料喷头左右横移丝杠（4c）与喷头横移丝杠电机（4b）连接，涂料喷头左右横移丝杠框架（4a）安装在菱形强度框架（3a）上，涂料喷头左右横移丝杠（4c）大于两驱动轮距离，左右两侧各大150mm；所述供料管系采用机器人本体供料管（7a）终端与涂料喷头（8）连接，机器人本体供料管（7a）始端与自由旋转连接器（7d）连接，地面供料拖管接头（7e）终端与自由旋转连接器（7d）连接；所述漆雾回收管系采用机器人本体回收软管（7g）始端与漆雾防护罩（7h）连接，机器人本体回收软管（7g）终端与漆雾加热器（7b）连接，机器人本体回收硬管（7c）始端与漆雾加热器（7b）连接，机器人本体回收硬管（7c）终端与自由旋转连接器（7d）连接，地面回收拖管接头（7f）终端与自由旋转连接器（7d）连接，采用硬塑材料的漆雾防护外罩（7k）与半球形的漆雾防护罩（7h）一体浇筑，漆雾防护罩内温度湿度传感器（9）安装在漆雾防护罩（7h）上。
2.根据权利要求1所述的船舶外板爬壁拖涂式机器人的使用方法，其特征是：操作者首先通过船舶坞内吊机，将机器人吊至船舶外板（10）附近；辅助以台车，在船舶直底部分高于船坞水平地面2米高的地方，调节机器人四块磁力可调吸附装置，将机器人平放自然吸附在船舶外板表面；机器人进入待涂区域，在远处远离作业点的操作者手持遥控器操作；操作者启动A驱动电机（6a）和B驱动电机（6b）以及喷头横移丝杠电机（4b），遥控喷头下游开关阀开动喷头喷射作业；让机器人沿着船舶外板表面自下而上喷头左右横移，模拟人工作业；按照丝杠覆盖的范围，操作者调整机器人行走轨迹，实现全覆盖喷涂并不碾压已涂区域。
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