CN107442340A - 一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统 - Google Patents

一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，计算机总控制系统通过网络连接分段涂装管理信息系统和分段涂装机器人施工设计系统输入分段涂装施工管理信息和船体分段涂装机器人施工计划信息，进行船体分段涂装机器人施工准备和物料准备，并控制可视化监控系统、智能机器人运动控制系统和涂装车间施工设备系统完成船体分段涂装工作。解决目前造船和海洋工程装备分段涂装车间还是依靠人工操作进行喷钢丸除锈和喷防腐油漆的施工问题，以及解决一般的喷丸除锈和喷漆的机器人不能适用的问题和船体分段涂装车间的可视化安全监控问题，实现涂装车间的涂装施工全过程信息化、可视化、无人化、智能化。

Description

一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统
技术领域
本发明涉及船舶和海洋工程装备制造领域，更具体地，涉及一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统。
背景技术
船舶和海洋工程装备制造，有一个很重要的工序就是需要对其船体分段和海工模块进行防腐蚀的涂装工作。同样钢结构桥梁、钢结构建筑、大型化工机械和大型起重机械等重型机械制造也需要进行防腐蚀的涂装工作。涂装工作主要是喷钢丸除锈和喷防腐油漆。为达到很好的防腐效果，船舶和海洋工程装备制造的船体分段和海工模块都要求在一个封闭的涂装车间内进行涂装工作。
目前，涂装车间内的涂装工作主要是依靠人工操作进行喷钢丸除锈和喷防腐油漆。由于在喷钢丸除锈时产生大量的有害粉尘，以及在喷油漆时也会产生对人有害的漆雾和有机溶剂气味，所以油漆工人要全身穿着劳动保护服装和戴上厚实的防护口罩。因此在这种艰苦和恶劣的环境下工作，愿意干这种油漆工的人越来越少。
尽管现我国大中型船厂都建有船体分段涂装车间，以及安装有涂装施工设备系统。主要是喷丸除锈系统、钢丸回收循环利用系统、喷漆系统、粉尘和油漆有机废气净化处理系统、空气抽湿系统等。但是船体分段涂装管理信息系统还极少与船体分段涂装车间连网和信息共享，船体分段涂装车间数字化和信息化还没完全实现。船体分段涂装车间的可视化安全监控还没建立。
另外，因为现在一般的喷丸除锈和喷漆的机器人主要是依赖示教编程，大多数是采用固定机械手和使用工装夹具、变位器等，应用在少品种大批量生产的产品制造上，所以五金加工、摩托车、汽车等小构件加工的轻工家电和汽车制造等行业使用较多。由于船舶和海洋工程装备制造行业，以及钢结构桥梁、钢结构建筑、大型化工机械和大型起重机械等重型机械制造行业都是小批量多品种，并且一是产品外形结构复杂，外表面有的是不规则的复杂弯曲面，内部结构有的是半封闭或全封闭的舱室空间复杂结构；二是产品结构外形尺寸大，重量重。所以使到机器人的应用很少。
发明内容
本发明为解决目前造船和海洋工程装备分段涂装车间还是依靠人工操作进行喷钢丸除锈和喷防腐油漆的施工问题，以及解决一般的喷丸除锈和喷漆的机器人不能适用的问题和船体分段涂装车间的可视化安全监控问题，提供一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，实现涂装车间的涂装施工全过程信息化、可视化、无人化、智能化，让机器人代替人作涂装这种艰苦繁重的劳动，从而人只作一些轻松的辅助工作。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，包括计算机总控制室的计算机总控制系统、分段涂装管理信息系统、分段涂装机器人施工设计系统、可视化监控系统、智能机器人运动控制系统、涂装车间施工设备系统；所述的计算机总控制系统是智能机器人无人化船体分段涂装车间的涂装施工全过程总控制系统，从船体分段涂装施工准备工作开始到涂装工作完成全过程实施信息化、可视化、无人化、智能化控制，控制分段涂装施工管控信息和机器人运动控制信息；所述的可视化监控系统监视着湿度、粉尘、油漆气体浓度以及机器人运动状态和施工状态；所述的智能机器人运动控制系统控制机器人XYZ移动和机器人机械手运动；所述的涂装施工设备系统包括空气抽湿设备系统、粉尘和油漆有机废气净化处理设备系统、空气压缩机设备系统、喷丸除锈设备系统、钢丸回收循环利用设备系统以及喷漆设备系统；所述的计算机总控制系统通过网络连接分段涂装管理信息系统和分段涂装机器人施工设计系统输入分段涂装施工管理信息和船体分段涂装机器人施工计划信息，进行船体分段涂装机器人施工准备和物料准备，并控制可视化监控系统、智能机器人运动控制系统和涂装车间施工设备系统完成船体分段涂装工作。
在一种优选的方案中，所述的分段涂装管理信息系统是船舶制造生产管理信息系统的一个子系统，是船体分段涂装施工管理信息。
在一种优选的方案中，所述的分段涂装机器人施工设计系统是船舶制造生产设计系统的一个子系统，是船体分段涂装机器人施工信息。
在一种优选的方案中，所述的可视化监控系统是船体分段涂装机器人施工全过程的可视化安全监控，安装有摄像监视系统，利用智能机器人的视觉通过计算机总控制系统的监视屏幕看到整个涂装车间的施工实际情况；依照涂装安全要求安装油漆挥发性气体浓度监测仪进行施工全过程的安全监控。
在一种优选的方案中，所述的智能机器人运动控制系统是一种便携式的移动式喷丸除锈的或激光除锈的智能机器人系统；所述的智能机器人运动控制系统具有视觉感知系统，能识别除锈前和除锈后的钢板表面特征；通过计算机总控制系统，能按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人喷丸除锈的或激光除锈的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，能按照视觉识别控制机械手运动进行喷丸除锈的或激光除锈的施工。
在一种优选的方案中，所述的涂装施工设备系统，是安装在船体分段涂装车间的涂装施工与配套的硬件设备，通过计算机总控制系统按照船体分段涂装工艺流程分别控制其内部设备系统。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，计算机总控制系统通过网络连接分段涂装管理信息系统和分段涂装机器人施工设计系统输入分段涂装施工管理信息和船体分段涂装机器人施工计划信息，进行船体分段涂装机器人施工准备和物料准备，并控制可视化监控系统、智能机器人运动控制系统和涂装车间施工设备系统完成船体分段涂装工作。解决目前造船和海洋工程装备分段涂装车间还是依靠人工操作进行喷钢丸除锈和喷防腐油漆的施工问题，以及解决一般的喷丸除锈和喷漆的机器人不能适用的问题和船体分段涂装车间的可视化安全监控问题，实现涂装车间的涂装施工全过程信息化、可视化、无人化、智能化，让机器人代替人作涂装这种艰苦繁重的劳动，从而人只作一些轻松的辅助工作。
附图说明
图1为本发明实施例1涂装智能机器人无人化船体分段涂装车间系统总示意图。
图2为本发明实施例1 无人化船体分段涂装车间示意图。
图3为本发明实施例1无人化船体分段涂装车间系统工作流程图。
其中：1、计算机总控制系统；2、空气抽湿设备系统；3、粉尘和油漆有机废气净化处理设备系统；4、空气压缩机设备系统；5、喷丸除锈设备系统；6、钢丸回收循环利用设备系统；7、喷漆设备系统；8、可视化监控系统。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1~3所示，一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，包括计算机总控制室的计算机总控制系统1、分段涂装管理信息系统、分段涂装机器人施工设计系统、可视化监控系统8、智能机器人运动控制系统、涂装车间施工设备系统；所述的计算机总控制系统1是智能机器人无人化船体分段涂装车间的涂装施工全过程总控制系统，从船体分段涂装施工准备工作开始到涂装工作完成全过程实施信息化、可视化、无人化、智能化控制，控制分段涂装施工管控信息和机器人运动控制信息；所述的可视化监控系统8监视着湿度、粉尘、油漆气体浓度以及机器人运动状态和施工状态；所述的智能机器人运动控制系统控制机器人XYZ移动和机器人机械手运动；所述的涂装施工设备系统包括空气抽湿设备系统2、粉尘和油漆有机废气净化处理设备系统3、空气压缩机设备系统4、喷丸除锈设备系统5、钢丸回收循环利用设备系统6以及喷漆设备系统7；所述的计算机总控制系统1通过网络连接分段涂装管理信息系统和分段涂装机器人施工设计系统输入分段涂装施工管理信息和船体分段涂装机器人施工计划信息，进行船体分段涂装机器人施工准备和物料准备，并控制可视化监控系统8、智能机器人运动控制系统和涂装车间施工设备系统完成船体分段涂装工作。
在具体实施过程中，所述的分段涂装管理信息系统是船舶制造生产管理信息系统的一个子系统，是船体分段涂装施工管理信息。
在具体实施过程中，所述的分段涂装机器人施工设计系统是船舶制造生产设计系统的一个子系统，是船体分段涂装机器人施工信息。
在具体实施过程中，所述的可视化监控系统8是船体分段涂装机器人施工全过程的可视化安全监控，安装有摄像监视系统，利用智能机器人的视觉通过计算机总控制系统1的监视屏幕看到整个涂装车间的施工实际情况；依照涂装安全要求安装油漆挥发性气体浓度监测仪进行施工全过程的安全监控。
在具体实施过程中，所述的智能机器人运动控制系统是一种便携式的移动式喷丸除锈的或激光除锈的智能机器人系统；所述的智能机器人运动控制系统具有视觉感知系统，能识别除锈前和除锈后的钢板表面特征；通过计算机总控制系统1，能按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人喷丸除锈的或激光除锈的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，能按照视觉识别控制机械手运动进行喷丸除锈的或激光除锈的施工。
在具体实施过程中，所述的涂装施工设备系统，是安装在船体分段涂装车间的涂装施工与配套的硬件设备，通过计算机总控制系统1按照船体分段涂装工艺流程分别控制其内部设备系统。
在具体实施过程中，船体分段涂装机器人施工准备工作：计算机总控制系统1通过网络连接分段涂装管理信息系统输入施工计划信息、船体分段涂装工艺信息和物料信息；以及通过网络连接分段涂装机器人施工设计系统输入船体分段涂装机器人本体运动路径XYZ坐标信息、分段涂装脚手架XYZ坐标信息和分段涂装机器人施工工装XYZ坐标信息，在计算机总控制系统1屏幕显示船体分段涂装机器人本体运动路径CAD图形、分段涂装脚手架CAD图形、分段涂装机器人施工工装CAD图形和相关信息。让辅助施工人员预先按照生产计划信息、船体分段涂装工艺信息和物料信息把相应的船体分段运输至船体分段涂装车间，并按照船体分段涂装施工位置信息要求停放好，准备好船体分段涂装施工的油漆物料；并按照分段涂装脚手架XYZ坐标信息、分段涂装机器人施工工装XYZ坐标信息、船体分段涂装机器人本体运动路径CAD图形、分段涂装脚手架CAD图形和分段涂装机器人施工工装CAD图形，预先搭设好相应的分段涂装脚手架和分段涂装机器人施工工装；并按照船体分段涂装机器人位置信息，把船体分段喷丸除锈的或激光除锈的便携式的移动式智能机器人放到分段涂装机器人施工始点位置；空气抽湿设备系统2按照船体分段涂装工艺信息控制车间抽湿设备系统进行除湿，使车间空气干燥度达到涂装工艺要求；可视化监控系统8按照涂装安全要求启动油漆挥发气体浓度监测仪、按照涂装工艺要求检测和控制空气中含盐度以及按照涂装施工可视化要求启动车间摄像监视系统，通过计算机监视屏幕可以看到整个涂装车间的施工实际情况；粉尘废气净化处理设备系统按照涂装环保要求启动车间粉尘废气处理净化设备系统；空气压缩机设备系统4按照涂装工艺要求启动空气压缩机设备系统4；
在具体实施过程中，进行船体分段除锈施工：把船体分段钢材表面有锈的地方通过喷钢丸清除干净，达到防腐工艺要求。船体分段涂装机器人施工工作准备就绪后，通过计算机总控制系统1，按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人喷丸除锈的或激光除锈的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，控制喷丸除锈设备系统5或激光除锈设备系统；按照视觉识别智能控制机械手运动，通过机械手末端关节抓住钢丸喷枪进行喷丸除锈或抓住激光枪进行激光除锈的施工。通过机器人视觉系统在计算机总控制室计算机总控制系统1屏幕上看到除锈的过程和完成情况。
在具体实施过程中，钢丸回收施工：把落在车间地面和船体分段上的钢丸回收，通过粉尘和钢丸分离后重复使用。在船体分段除锈施工完成后，通过计算机总控制系统1启动钢丸回收循环利用系统设备，在涂装施工辅助人员的配合下开始清扫和回收除锈的钢丸（如果采用激光除锈则不需要回收钢丸这个工序），计算机总控制室计算机总控制系统1屏幕上看到回收钢丸的过程和完成情况。
在具体实施过程中，船体分段钢材表面清洁施工：把落在船体分段钢材表面的灰尘清除以及检查钢材表面盐度。在船体分段除锈施工和及钢丸回收施工完成后，通过计算机总控制系统1，按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人清洁船体分段表面的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，控制压缩空气喷枪，按照视觉识别智能控制机械手运动，通过机械手末端关节抓住压缩空气喷枪进行清洁施工，并通过机械手末端关节抓住的盐度测量仪检查船体分段钢材表面含盐度情况。
如图2所示，船体分段喷油漆施工：按照船体分段涂装工艺要求进行喷油漆。计算机总控制系统1通过网络连接分段涂装机器人施工设计系统输入船体分段涂装机器人本体运动路径XYZ坐标信息、分段涂装脚手架XYZ坐标信息以及分段涂装机器人施工工装XYZ坐标信息，在计算机屏幕显示船体分段涂装机器人本体运动路径CAD图形、分段涂装脚手架CAD图形、分段涂装机器人施工工装CAD图形和相关信息。通过计算机总控制系统1，按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人喷油漆的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，以及控制喷油漆设备系统，按照视觉识别智能控制机械手运动，通过机械手末端关节抓住油漆喷枪进行喷油漆的施工。另外，通过机器人视觉系统在计算机总控制室计算机总控制系统1屏幕上可看到喷油漆的过程和完成情况。
如图2所示，船体分段油漆检查：检查船体分段油漆施工质量。通过计算机总控制系统1，按照分段涂装机器人施工设计规划的机器人喷油漆的运动路径XYZ坐标控制机器人本体移动，由质检人员随机控制机器人检查位置，按照视觉识别智能控制机械手运动，通过机械手末端关节抓住油漆测厚仪进行检查。通过机器人视觉系统在计算机总控制室计算机总控制系统1屏幕上看到检查的过程和完成情况。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，包括计算机总控制室的计算机总控制系统、分段涂装管理信息系统、分段涂装机器人施工设计系统、可视化监控系统、智能机器人运动控制系统、涂装车间施工设备系统；所述的计算机总控制系统是智能机器人无人化船体分段涂装车间的涂装施工全过程总控制系统，控制分段涂装施工管控信息和机器人运动控制信息；所述的可视化监控系统监视着湿度、粉尘、油漆气体浓度以及机器人运动状态和施工状态；所述的智能机器人运动控制系统控制机器人XYZ移动和机器人机械手运动；所述的涂装施工设备系统包括空气抽湿设备系统、粉尘和油漆有机废气净化处理设备系统、空气压缩机设备系统、喷丸除锈设备系统、钢丸回收循环利用设备系统以及喷漆设备系统；所述的计算机总控制系统通过网络连接分段涂装管理信息系统和分段涂装机器人施工设计系统输入分段涂装施工管理信息和船体分段涂装机器人施工计划信息，进行船体分段涂装机器人施工准备和物料准备，并控制可视化监控系统、智能机器人运动控制系统和涂装车间施工设备系统完成船体分段涂装工作。
2.根据权利要求1所述的智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，所述的分段涂装管理信息系统是船舶制造生产管理信息系统的一个子系统，是船体分段涂装施工管理信息。
3.根据权利要求1所述的智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，所述的分段涂装机器人施工设计系统是船舶制造生产设计系统的一个子系统，是船体分段涂装机器人施工信息。
4.根据权利要求1所述的智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，所述的可视化监控系统是船体分段涂装机器人施工全过程的可视化安全监控，安装有摄像监视系统，利用智能机器人的视觉通过计算机总控制系统的监视屏幕看到整个涂装车间的施工实际情况；依照涂装安全要求安装油漆挥发性气体浓度监测仪进行施工全过程的安全监控。
5.根据权利要求1所述的智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，所述的智能机器人运动控制系统是一种便携式的移动式喷丸除锈的或激光除锈的智能机器人系统；所述的智能机器人运动控制系统具有视觉感知系统，能识别除锈前和除锈后的钢板表面特征。
6.根据权利要求1所述的智能机器人无人化船体分段涂装车间系统，其特征在于，所述的涂装施工设备系统，是安装在船体分段涂装车间的涂装施工与配套的硬件设备，通过计算机总控制系统按照船体分段涂装工艺流程分别控制其内部设备系统。
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